Berita

Integrator sistem-dalam-paket bergerak menuju ikatan langsung tembaga-ke-tembaga antara die saat pitch ikatan turun, membuat solder yang digunakan untuk menghubungkan perangkat dalam paket heterogen menjadi kurang praktis.

Dalam ikatan termokompresi, tonjolan tembaga yang menonjol terikat ke bantalan pada substrat di bawahnya.Dalam ikatan hibrida, bantalan tembaga bertatahkan di dielektrik, mengurangi risiko oksidasi.Dalam kedua kasus tersebut, difusivitas permukaan tembaga menentukan laju dan suhu yang bergantung pada pembentukan ikatan.

Dalam kedua kasus tersebut, difusivitas permukaan tembaga menentukan laju dan suhu yang bergantung pada pembentukan ikatan.Tembaga mengkristal dalam kisi kubik, dengan permukaan yang terbuka sesuai dengan permukaan kubus, bidang yang memotong empat sudut yang berlawanan, atau bidang yang memotong tiga sudut.Kristalografer memberi label pada permukaan ini (100), (110), dan (111), masing-masing, berdasarkan indeks Miller dari kisi.

Dalam tembaga`` oksidasi jauh lebih lambat dan difusivitas lipat lebih cepat: 1,22 x 10-5 cm2 / detik pada 250 ° C pada permukaan (111), tetapi hanya 4,74 × 10-9 cm2 / detik pada (100) permukaan, dan 3,56 x 10-10 cm2 / detik pada permukaan (110).Saat mengikat (111) permukaan, Chien-Min Liu dan rekannya di National Chiao Tung University di Taiwan mencapai koneksi yang kuat pada suhu serendah 150 ° C, sementara permukaan yang kurang berorientasi memiliki suhu ikatan minimum mendekati 350 ° C.Proses reflow solder tipikal beroperasi pada sekitar 250 ° C, dan banyak senyawa perekat sementara dirancang untuk kisaran suhu tersebut.

Permukaan (111) juga menawarkan kerapatan atom yang lebih tinggi, yang mengarah ke ikatan yang lebih kuat.Permukaan dengan kurang dari 25% butiran yang berorientasi pada arah ini rentan terhadap kegagalan ikatan.

Orientasi permukaan tergantung pada proses pelapisan listrik yang digunakan untuk menyimpan fitur tembaga.Insinyur proses Material Terapan Marvin Bernt menjelaskan bahwa fitur lebar dan dangkal tidak memiliki dinding samping yang signifikan.Bagian bawah fitur dapat berfungsi sebagai template untuk pertumbuhan berorientasi.Saat kedalaman fitur meningkat, lapisan benih konformal membantu mengurangi risiko pelapisan rongga di sepanjang dinding samping.

Sayangnya, lapisan tembaga yang tumbuh cenderung menumpuk secara merata di semua permukaan benih.Butir kolom yang tumbuh dari bagian bawah kenampakan medan dipotong oleh butir yang tumbuh dari dinding samping.Untuk rasio aspek yang lebih besar dari 1,5, "pinch off" ini bahkan dapat menyebabkan rongga internal.Proses pelapisan perlu menyeimbangkan pengorbanan antara orientasi, tingkat deposisi, dan pertumbuhan bebas-kosong.

Orientasi dan ukuran butir juga dipengaruhi oleh lokasi dalam larik pad, terlepas dari ukuran pad.Bantalan tepi memiliki butiran yang lebih kecil, meningkat ke arah dalam array.Orientasi butir tergantung pada ukuran bantalan dan posisi bantalan, SeokHo Kim dan rekannya di Samsung menemukan, kemungkinan karena perubahan dalam kerapatan arus selama pelapisan listrik.Dengan demikian, pencapaian butir kolom yang diinginkan bergantung pada interaksi antara lapisan benih, bentuk gelombang arus yang disuplai oleh alat pelapis, dan sifat kimia dari wadah pelapisan.

Ketika dua permukaan yang sangat berorientasi bertemu, hasilnya luar biasa.Jing Ye Juang dan rekannya di National Chiao Tung University mengamati struktur kisi yang kontinu, menghilangkan antarmuka pra-pengikatan.Dalam uji tarik, antarmuka tembaga-tembaga lebih kuat daripada ikatan tembaga-silikon dan perekat antara sampel dan perlengkapan uji.Demikian pula, hambatan listrik sebanding dengan tembaga curah.

Keberhasilan ikatan tembaga-ke-tembaga bergantung pada proses pelapisan listrik yang dapat menghasilkan struktur butiran tembaga yang konsisten.Meskipun pelapisan listrik sudah mapan untuk aplikasi BEOL dan TSV, persyaratan khusus ikatan tembaga-ke-tembaga masih baru. (Dari Katherine Derbyshire)