[发明专利]采用竖直碳纳米管纤维阵列提高焊点热疲劳抗性的方法

说明书

本发明公开了一种采用竖直碳纳米管纤维阵列提高焊点热疲劳抗性的方法，其包含：步骤1，在生长基板上生长竖直碳纳米纤维阵列；步骤2，使用离子溅射法在竖直碳纳米纤维阵列中的每根纤维表面先后镀Ti金属层和Au金属层；步骤3，将竖直碳纳米纤维阵列镀有Au金属层的一端置于元器件镀金焊盘表面，加热，并施加压力，使得Au‑Au键合；步骤4，冷却至室温后，移除生长基板；步骤5，使用表面贴装技术将带有碳纳米纤维强化层的元器件焊接在印制电路板焊盘上。本发明将采用化学气相沉积法获得的VACNF，通过金‑金键合法转移到指定元器件焊盘表面后会在该焊盘表面形成VACNF强化层，该强化层可有效限制疲劳裂纹在焊点与元器件焊盘界面处的生长，延长焊点的疲劳寿命。

技术领域

本发明涉及一种使用竖直碳纳米管纤维阵列(VACNF)提高焊点热疲劳抗性的方法。该方法可用于使用焊点作为互连材料的电子产品中。

背景技术

集成电路产业在过去50年中高速发展。就像摩尔预测的那样，单个芯片上晶体管的密度几乎每两年就可以翻倍。集成电路的高速发展自然也会带动电子封装产业的发展，因为集成电路芯片需要电子封装为其提供导电导热通路并且抵挡外界环境的冲击。

自上世纪60年代起，为了满足电子产品不断的小型化与多功能化需求，电子产品的封装结构与所用材料日新月异。目前世界上比较先进的封装结构，如芯片尺度封装、晶圆级别封装、三维堆叠(3D)封装等，均已具有很高的封装密度，其内部互连结构的尺寸已经达到了微米级甚至纳米级。在此种情况下，传统的互连技术已渐渐无法满足高密度封装的需要，发展新型的互连技术势在必行。

由焊料形成的焊点在电子产品中担负着传输信号、散热以及机械支撑的作用。一个产品中可以存在数以万计的焊点，一个焊点的失效便会对整个产品产生灾难性的后果。

随着电子产品小型化、轻量化、密集化发展趋势，芯片封装及表面贴装中焊点的尺寸必将减小。据国际半导体技术蓝图组织预测，电子产品内部的焊点尺寸在未来十年中会下降至100μm以下。而韩国三星公司的研究表明，当焊点尺寸小于170μm时，焊点的热疲劳可靠性会明显降低。焊点热疲劳裂纹通常会沿焊点与器件界面扩展，最终导致焊点失效。因此，延缓界面处热疲劳裂纹的扩展可有效提升焊点的热疲劳抗性。

目前，常用的方法是在传统焊料中加入纳米颗粒(平均粒径<100nm)。通过纳米颗粒自身或纳米颗粒催生的微细结构延缓疲劳裂纹的扩展，以达到提高热疲劳抗性的作用。但此种方法在实际应用中还面临着一些瓶颈。首先，纳米颗粒易团聚，在焊料基材中不易均匀分散，影响强化效果；其次，纳米颗粒与焊料体系兼容性差。金属纳米颗粒在长时间高温环境中易与基材反应或自身晶粒生长从而失去强化效果。而非金属纳米颗粒由于重量轻，在熔融焊料内无约束，极易在焊接过程中被助焊剂排出焊点，失去强化效果；最后，纳米颗粒分布于整个焊点之中，阻碍了焊接过程中助焊剂的排出，增加了内部的孔隙率，反而提升了热疲劳失效的风险。

综上所述，目前用于提高焊点热疲劳可靠性的纳米材料面临的问题为不易均匀分散、纳米颗粒易在焊接过程中流失以及强化位置针对性不强三个问题。

发明内容

本发明的目的是，针对目前纳米材料在提升焊点热疲劳抗性方面的问题，设计了一种采用竖直纳米纤维阵列作为强化层提升焊点热疲劳抗性的方法。该方法的技术特点是使用竖直纳米纤维阵列作为焊点与元器件之间的强化层提升焊点的热疲劳抗性。

为达到上述目的，本发明提供了一种采用竖直碳纳米管纤维阵列提高焊点热疲劳抗性的方法，该方法包含：

步骤1，在生长基板上生长竖直碳纳米纤维阵列；

步骤2，使用离子溅射法在竖直碳纳米纤维阵列中的每根纤维表面先后镀Ti金属层和Au金属层；

步骤3，将竖直碳纳米纤维阵列镀有Au金属层的一端置于元器件镀金焊盘表面，加热，并施加压力，使得Au-Au键合；