退火工艺对于TSV结构热-机械可靠性影响研究

针对铜柱穿透硅通孔（through silicon via,TSV）结构的热机械可靠性,进行退火工艺对其影响的有限元分析研究.介绍了基于聚酰亚胺（Polyimide,PI）介质层的TSV结构的加工工艺.比较了在400℃退火温度,保温退火30 min条件下,PI和SiO₂分别作为介质层时TSV结构的Von Mises应力及Cu胀出高度的分布.在此基础上,进一步针对PI-TSV结构分别对其尺寸参数（介质层厚度以及TSV直径、高度、间距）和退火工艺参数（退火温度、时间）进行变参分析.结果表明,与SiO₂-TSV相比,PI-TSV结构退火后具有更好的热机械可靠性,并且适当增加介质层厚度是降低退火后PI-TSV结构的Cu胀出高度和以及热应力的有效方法.      

混合介质层类同轴垂直硅通孔的高频性能研究

为了改善T/R组件中2.5 D转接板的高频特性,本文提出一种工艺简单、结构新颖的混合介质层类同轴硅通孔（through silicon via,TSV）结构,对混合介质层类同轴TSV结构的外围TSV数量、TSV直径、混合介质层厚度等参数进行了仿真研究,并与传统同轴TSV的回波损耗、插入损耗、串扰等性能进行对比.结果表明优化后的混合介质层类同轴TSV结构在1~45 GHz频率范围内,具有良好的射频传输性能.      

BCB介质层同轴TSV的热力学仿真分析

穿透硅通孔（through silicon via,TSV）的热机械可靠性问题已经成为制约TSV市场化应用的重要因素.本文对BCB介质层同轴TSV的热力学特性进行了研究分析,同时对其几何参数（SiO₂绝缘层厚度、屏蔽环厚度、TSV间距、中心信号线半径）进行了变参分析,为降低热应力提供指导意见.结果表明,在阻抗匹配的前提下,通过增加SiO₂绝缘层厚度、减小屏蔽环厚度能够有效降低同轴TSV的诱导热应力;相比之下中心信号线半径和TSV间距的变化对其影响可忽略不计.      

利用电镀铜填充微米盲孔与通孔之应用

电子产品之高密度内连结制程技术,从上游的半导体制程到中游的封装基板制程,一直到下游的电路板制程,似乎都需要依赖电镀铜填孔技术.近几年来,电镀铜填孔技术日趋受到重视,相关专秘的电镀配方、技术、设备以及周边配套的仪器设施等,如雨后春笋般地发展起来.以往常用但未能深入了解的电镀铜技术有了跃进式的突破,值得探讨.这些技术的发展,似乎有着轮回应用的走势,即下游电路板的电镀铜制程技术似乎渐渐朝半导体制程技术发展,因此衍生出电镀铜填充盲孔的制程技术;而上游的半导体制程工艺中以往没有所谓的镀通孔(PTH),如今却因为3D芯片整合的需要,出现了所谓的穿硅孔(TSV),而所谓的TSV,其实与镀通孔具有类似的制程步骤以及相同的功能与目的,只是介电材料、设备等不同而已.针对目前电镀铜填充微米级盲孔与通孔的相关技术作概略式的介绍与回顾.     

基于单轴微拉伸的TSV铜力学性能研究

电子产品的微型化趋势使芯片的三维集成概念应运而生,并通过硅通孔(TSV-through silicon via)技术得以实现.为了测试TSV中互连铜(Cu-TSV)的力学性能,提出了1个简便、易于操作的单轴微拉伸方法.利用有限元分析优化设计Cu-TSV微拉伸试样的支撑框架结构,有效减小试样在制作及操作过程中的损伤;种子层采用溅射Ti膜取代传统的溅射Cr/Cu膜,减小了电镀过程中的应力,避免了对种子层碱性刻蚀时对试样的腐蚀;采用单轴微拉伸系统对优化设计与制备的Cu-TSV微拉伸试样进行测试.经测试得到的Cu-TSV的杨氏模量与抗拉强度为25.4～32.9GPa和574～764MPa.     

低阻硅TSV与铜填充TSV热力学特性对比分析

对低阻硅TSV以及铜填充TSV的热力学性能通过有限元仿真的方法进行对比分析.低阻硅TSV在绝缘层上方以及低阻硅柱上方的铝层区域中凸起最为显著,且高度分别为82 nm和76 nm;铜填充TSV的凸起位置主要集中在通孔中心铜柱的上方,最大值为150 nm.应力方面,低阻硅TSV在绝缘层两侧的应力最大,且最大值为1 005 MPa;铜填充TSV在中心铜柱外侧应力最大,且最大值为1 227 MPa.另外,两种结构TSV的界面应力都在靠近TSV两端时最大.低阻硅TSV界面应力没有超过400 MPa,而铜填充TSV在靠近其两端时界面应力已经超过800 MPa.综上所述,相比于铜填充TSV,低阻硅TSV具有更高的热力学可靠性.      

基于电-热-结构耦合模型的TSV热力瞬态响应

为了准确的预测硅通孔（TSV）在电-热-力三场耦合效应下的温度和应力分布情况。建立了TSV的热等效电路（TEC）模型,提取了TSV的热等效电路参数,推导了基于电热耦合效应的TSV温度瞬态响应方程,建立了结构应力的数学模型,研究了周期性方波加载条件下TSV 的温度和应力分布,应用有限元软件COMSOL仿真分析了TSV的温度和应力与激励源频率、SiO2层的厚度及铜导体半径之间的关系。仿真结果表明：建立的TEC模型适用于TSV温度瞬态响应的预测,误差在5%以内,TSV的温度和应力对SiO2层的厚度非常敏感,可以通过适当减小铜导体半径来减小TSV的温度和应力值,这将有助于TSV的设计及对其性能进行相应的预测。     

基于光敏玻璃的垂直互连通孔仿真与电镀工艺研究

本文对玻璃通孔与硅通孔垂直互连结构进行了电磁场仿真,并对比了两者的高频传输特性,结果显示在20GHz处,玻璃通孔与硅通孔的插入损耗分别为-0.024dB和-1.62dB,玻璃通孔的高频传输性能明显优于硅通孔.基于光敏玻璃衬底,采用高刻蚀速率的湿法腐蚀方法,获得了深宽比为7:1的玻璃通孔,孔阵列均匀性良好,侧壁粗糙度小于1μm.对不同电流密度下的玻璃通孔填充工艺进行了仿真分析,结果显示在小电流密度下,开口处的电流密度拥挤效应改善明显,铜层生长速度更为均匀,但沉积速度较慢.基于仿真结果,进行了电流密度为1ASD下的通孔填充实验研究,结果显示填充效果良好,120μm的TGV中铜层生长均匀,70μm的TGV中的缝隙较小.      

CdS修饰低密度TiO2纳米棒阵列复合膜的制备及光电性能

为了提高CdS光敏层在TiO₂一维纳米棒阵列中的填充率,在TiO₂种子层的基础上,采用水热法于FTO导电玻璃表面生长了棒长较短、棒间距较大的低密度TiO₂一维纳米棒阵列膜,通过化学浴沉积在TiO₂纳米棒表面包覆CdS种子层,以此为基底采用水热法于TiO₂一维纳米阵列中生长CdS光敏层。采用SEM,XRD及紫外-可见吸收光谱对不同CdS水热生长时间的TiO₂/CdS复合膜结构进行了表征,并对其光电性能进行了研究。结果表明,低密度TiO₂纳米棒阵列有利于CdS生长液在阵列中渗入形成完全包覆的CdS种子层,CdS光敏层通过水热过程在整个TiO₂纳米棒表面均匀生长,逐渐形成CdS对TiO₂纳米棒阵列的完全填充和包覆,并在阵列顶端形成由CdS纳米短棒组成的花状修饰层;CdS的修饰将TiO₂一维纳米阵列膜的光吸收拓展至可见光区,水热生长7 h所得到的TiO₂/CdS复合膜具有最高光电流。所制备的CdS修饰低密度TiO₂纳米棒复合膜在太阳电池器件中具有很好的应用前景。     

白云鄂博氧化矿石深度还原-磁选试验研究

采用深度还原技术将白云鄂博氧化矿石转化为高金属化率的还原物料,然后再经选矿实现了铁、稀土、铌等元素的有效分离及富集.通过对还原温度、还原时间、配碳比等条件的优化,得到了铁金属化率94.48%的还原矿,经阶段磨矿—粗细分选流程的选别,可获得全铁品位为91.61%,金属化率为93.79%,铁回收率为93.23%的铁粉,该铁粉可作为炼钢的原料;尾矿中稀土品位12.25%,回收率98.73%,可作为分选稀土的原料.     

无电化学沉积法合成铜纳米线

采用无电化学沉积法制备铜纳米线,与电化学沉积法不同,无电化学沉积法不需要在通孔模板的一面溅射一层导电金膜作为阴极,以及持续供给电力才能完成纳米线的合成.考察沉积时间、敏化液等因素对铜纳米线制备的影响.使用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)对样品其进行检测,结果表明,无电化学沉积法首先形成纳米粒子,随着沉积时间的延长,纳米粒子逐渐融合形成纳米管、纳米线.制备的铜纳米线为多晶态结构.在没有模板限制的情况下,铜原子自催化生长形成类似于花瓣的结构.用95%乙醇代替水配制的敏化液性质较稳定,但是,与以水配制的敏化液相比,在大约相同的沉积时间条件下较不易形成纳米线.     

2.5D集成电路中低阻硅通孔的电学性能研究

2.5D集成技术（转接层技术）可以实现不同芯片间的异质集成,基于低阻硅通孔（TSV）的转接层利用了低阻硅的良好导电性,可以代替铜基硅通孔,具有工艺简单、成本低廉的优点.本文对低阻硅通孔进行了电磁学仿真,在1 GHz时,回波损耗S₁₁为-24.7 dB,插入损耗S₂₁为-0.52 dB基本满足传输线的要求.提出了等效电路模型,与电磁仿真结果对比,具有较好的一致性,可以实现在0.1~10 GHz带宽内的应用.最后对低阻硅通孔进行了TDT/TDR及眼图仿真,结果表明虽然低阻硅通孔的电阻对压降有较大影响,但是寄生电容的影响相对较小.      

PI-TSV等效热导率提取与验证

与传统的T/R组件相比,采用转接板技术实现的2.5D集成硅基T/R组件体积更小,集成度更高,散热性能更好.硅通孔（through-silicon-via,TSV）是其中的关键结构.本文针对2.5D集成的复杂T/R组件难以直接建模进行有限元热学仿真的问题,通过提取TSV等效热导率的方法简化仿真.对聚酰亚胺（Polyimide,PI）作为绝缘介质层的硅通孔（PI-TSV）进行了相应的有限元数值模拟,并改变结构参数,研究了不同结构因素对PI-TSV等效热导率的影响.给出了PI-TSV等效热导率关于中心导电铜柱直径、绝缘介质层厚度及TSV间距的经验公式.      

Development of a BGA Package Based on Si Interposer with Through Silicon Via

A ball grid array (BGA) package based on Si interposer with through silicon via (TSV) was designed. Thermal behaviors of the designed BGA with Si interposer has been analyzed and compared to a conventional BGA with BT substrate in the approach of finite element modeling (FEM). The Si interposer with TSV was then fabricated and the designed BGA package was demonstrated. The designed BGA package includes a 100 μm thick Si interposer, which has redistribution copper traces on both sides. Through vias with 25 to 40 μm diameter were fabricated on the Si interposer using deep reactive ion etching (DRIE), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), copper electroplating and chemical mechanical polishing (CMP), etc. TSV in the designed interposer is used as electrical interconnections and cooling channels. 5 mm by 5 mm and 10 mm by 10 mm thermal chips were assembled on the Si interposer.     

低阻硅TSV高温工艺中的热力学分析

针对低阻硅TSV热力学研究的空白做出了相应的仿真分析.首先介绍了低阻硅TSV转接层的加工工艺,接着基于实验尺寸,在350℃工艺温度下,模拟了低阻硅TSV的涨出高度及应力分布.不同于铜基TSV,低阻硅TSV的涨出区域主要集中在聚合物绝缘层的上方.为了减小低阻硅TSV的涨出高度及热应力,分别对工艺温度、表面SiO₂厚度、低阻硅TSV的直径、高度、间距和BCB绝缘层厚度进行了变参分析.结果表明,减小BCB绝缘层的厚度及高度以及增加表面SiO₂厚度是抑制低阻硅TSV膨胀高度及减小热应力的有效方法.      

Transmission electron microscopy and atomic force microscopy characterization of nickel deposition on bacterial cells

Recently bacterial cells have become attractive biological templates for the fabrication of metal nano- structures or nanomaterials due to their inherent small size, various standard geometrical shapes and abundant source. In this paper, nickel-coated bacterial cells (gram-negative bacteria of Escherichia coli) were fabricated via electroless chemical plating. Atomic force microscopy (AFM) and transmission electron microscopy (TEM) characterization results reveal evident morphological difference between bacterial cells before and after deposition with nickel. The bare cells with smooth surface presented transverse outspreading effect at mica surface. Great changes took place in surface roughness for those bacterial cells after metallization. A large number of nickel nanoparticles were observed to be equably distributed at bacterial surface after activation and subsequent metallization. Furthermore, ultra thin section analytic results validated the presence and uniformity of thin nickel coating at bacte- rial surface after metallization.     

Ta种子层厚度及溅射速率对Ta/Ni65Co35双层膜各向异性磁电阻和矫顽力的影响

研究了Ta种子层的厚度、溅射速率对Ta/Ni65Co35双层膜各向异性磁电阻值(△p/p)、矫顽力和织构的影响.研究表明,适当的Ta层厚度和较高的Ta层溅射速率对提高Ta/Ni65Co35双层膜的△p/p是有效的.Ta种子层的使用增大了Ta/Ni65Co35双层膜的矫顽力而其溅射速率对Ta/Ni65Co35双层膜矫顽力的影响很小.     

紫荆种子成熟过程中种皮和胚乳超微结构观察

为探讨紫荆种子成熟过程中种皮结构和胚乳细胞内含物的变化,对不同成熟期紫荆种子的种皮和胚乳分别进行了扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察。扫描电镜观察发现:在紫荆种子发育初期,种皮表面出现孔状结构; 随着种子的逐渐成熟,种皮表面气孔消失,蜡质开始形成并逐渐加厚,种孔和种脐也逐渐开裂。从种皮的纵切面可以看出,种脐部位栅栏层形成较早,为单层细胞结构。花后105 d可观察到由种脐沿种子表面延伸的输水管道,花后135 d时,输水管道内出现由种脐沿种皮延伸至种子另一端的管胞群。种子发育成熟时,种子中间部位的种皮由外到内依次为角质层、栅栏层和薄壁细胞层,角质层主要由蜡质及其他覆盖物组成,栅栏层则由单层紧密排列的长柱状厚壁的大石细胞构成。角质层和栅栏层的这种结构可能是影响紫荆种子种皮透性进而引起休眠的原因之一。透射电镜观察发现:紫荆种子发育初期,胚乳细胞内存在大液泡,但脂滴与高电子致密物质数量较少。随着种子的不断成熟,线粒体、内质网、高尔基体等细胞器逐渐形成,胚乳中营养物质的代谢速度较快,之后这些细胞器又逐渐降解消融,脂滴和高电子致密物质则不断增加,说明随着种子的发育,胚乳内大分子贮藏物质不断积累,物质代谢活动降低,种子逐渐进入休眠期。     

乌桕种子成熟过程中种皮和胚乳超微结构观察

为探讨乌桕种子成熟过程中种皮结构和胚乳内部营养物质的变化,进一步了解该种子休眠形成的机制,以不同采收期的乌桕种子为材料,分别对种皮和胚乳进行了扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察。结果表明:随着种子的不断成熟,种皮的厚度不断增加; 同一种子不同部位种皮的厚度不相同,胚根处、子叶端的种皮较其他部位厚,这可能是种子萌发时胚根难以突破种皮的主要原因。乌桕种皮坚硬革质化,由外到内依次为角质层、栅栏层、骨状石细胞层及薄壁组织层,栅栏层细胞排列紧密,这不仅增加了种皮的坚硬度,还可对种子与外界水、气交换造成影响; 乌桕种皮表面和内部均含有蜡质,其含量随着种子的成熟而增多,提高了种子对外界不良环境的抵御能力。透射电镜观察发现,在种子成熟前期,胚乳细胞中存在较多大液泡,各种细胞器结构完整,细胞中散布着一些较小的高电子致密物质。种子成熟过程中,水分含量不断降低,部分细胞器消融,细胞核因失水而缩小变形,脂滴逐渐消融,变成透明状,高电子致密物质大量累积、聚集,脂蛋白含量增加,同时淀粉转化成糖类物质,表明乌桕种子已完全成熟,进入休眠期。