[发明专利]一种用于测量铜填充TSV孔界面强度的测试方法

摘要

一种用于测量铜填充TSV孔界面强度的测试方法，属于三维电子封装测试领域。使用纳米压痕仪将TSV电镀铜柱从TSV通孔中压出，得到压出过程中压头上的载荷/位移曲线，并在压出的不同阶段进行卸载再加载，得到卸载、加载曲线。并使用原子力显微镜（AMF）得到卸载后铜柱顶端距TSV转接板上表面的距离。通过分析可以得到界面发生破坏所消耗的能量即界面开裂功，用界面开裂功除以发生破坏界面的面积既可以得到界面的临界应变能释放率。使用该方法可以得到TSV在实际生产过程中不同电镀工艺产生的界面的强度，通过对比选择最适合的电镀工艺，以提高TSV在服役过程中的可靠性。

主权项

一种用于测量铜填充TSV孔界面强度的测试方法，其特征在于：对TSV铜柱进行压出实验，并在电镀铜柱的加载端压入点之前靠近压入点处和支撑端压出点之前靠近压出点处进行卸载再加载，得到整个过程中压头上的载荷/位移曲线，使用原子力显微镜得到卸载后铜柱顶端距TSV转接板上表面的距离；通过分析得到界面开裂功，用界面开裂功除以发生破坏界面的面积得到界面的临界应变能释放率；其具体步骤如下：步骤1：将TSV转接板的电镀铜柱2的底端和载台4上面的通孔5对中并将TSV转接板夹紧，将纳米压痕仪的压头1和电镀铜柱2的顶端对中，缓慢加载将电镀铜柱2压出，压出过程中得到压头1上的载荷/位移曲线；步骤2：根据步骤1得到的曲线，预测电镀铜柱2的加载端即顶端的压入点和支撑端即底端的压出点在曲线上的位置；另取一个TSV转接板，重新进行对中和加载，在加载的过程中，分别在曲线将要到达和刚刚经过压入点和压出点时停止加载，取下TSV转接板，使用显微镜观察电镀铜柱2的加载端和支撑端的压入和压出的情况，如果观察的结果是在曲线将要到达压入点和压出点时加载端和支撑端没有出现压入和压出现象；在曲线刚刚经过压入点和压出点时加载端和支撑端出现了压入和压出的现象，说明预测正确；否则，重复步骤2直到预测正确；步骤3：另取一个未进行实验的TSV转接板进行对中和加载，在加载的过程中，在曲线接近加载端压入点和支撑端压出点时对式样进行卸载再加载；在得到的曲线中，支撑端压出点之前的曲线和表示位移的坐标轴围成的面积是压头所做的总功W，在接近加载端压入点的卸载加载曲线围成的面积是压头所做的塑性功ΔEplast ，在接近支撑端压出点的卸载加载曲线围成的面积是压头所做的摩擦功ΔEfrict ，在接近支撑端压出点的卸载曲线和表示位移的坐标轴围成的面积是压头所作的部分弹性功ΔEelast1；步骤4：取一个在支撑端压出点之前进行卸载之后还未加载的TSV转接板，使用原子力显微镜测量电镀铜柱的加载端距TSV转接板上 表面的距离Δl；根据公式 Δ E elast 2 = E πr 2 Δl 2 2 h 得到另一部分弹性功ΔEelast2，式中，E为电镀铜柱2的弹性模量，r为电镀铜柱的半径，h为TSV通孔的厚度，Δl为电镀铜柱的加载端距TSV转接板上表面的距离；步骤5：根据公式W=ΔEelast1+ΔEelast2+ΔEplast+ΔEfrict+ΔEcrack得到界面开裂功ΔEcrack，式中，W是压头所做的总功，ΔEplast 是压头所做的塑性功，ΔEfrict 是压头所做的摩擦功，ΔEelast1是部分弹性功，ΔEelast2是压头所做的另一部分弹性功；根据公式 G = Δ E crack 2 πrh 得到界面的临界应变能释放率G，式中，r为TSV通孔半径，h为TSV通孔高度。