Значительный зал

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 428 (2023) Цитировать эту статью

981 Доступов

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Гальванизированная медь широко применяется в современной электронной упаковке, и ее механические свойства имеют решающее значение для надежности. В этом исследовании медная фольга, изготовленная гальванопокрытием с различными концентрациями бис-(3-сульфопропил)дисульфида (SPS), исследуется с помощью испытаний на растяжение. Концентрация SPS влияет на размер зерен медной фольги с гальваническим покрытием, что приводит к различным механическим свойствам. Для гальванически нанесенной медной фольги продемонстрирован значительный эффект Холла-Петча \({\sigma }_{y} = 197,4 + 0,12{d}^{\frac{-1}{2}}\. Различные концентрации примесей, выявленные с помощью времяпролетной масс-спектрометрии вторичных ионов, соответствуют разным размерам зерен, определяя трансгранулярный и межзеренный излом во время испытания на растяжение. Результаты показывают, что концентрация SPS, контролирующая микроструктуру гальванической меди, приводит к эффекту Холла-Петча на механические свойства гальванической медной фольги.

В прошлом алюминий использовался в качестве основного соединительного материала в электронных упаковках; однако высокий спрос на соединительные материалы с развитием современной электронной упаковки привел к замене алюминия медью (Cu). Это связано с тем, что Cu обладает лучшей электропроводностью и устойчивостью к электромиграции, чем алюминий. Кроме того, отличная теплопроводность, пластичность, относительно высокая температура плавления и соответствующая прочность сделали медь популярным проводниковым материалом в электронных изделиях1,2.

Гальваника Cu важна для промышленного массового производства при изготовлении проводящих дорожек, проводов и металлизации в электронных устройствах3,4,5. В настоящее время большинство гальванических растворов на заводах по производству полупроводников и печатных плат обычно состоят из серной кислоты и сульфата меди из-за их низкой токсичности и превосходного управления гальваническими ваннами5,6,7. Напротив, органические добавки, добавляемые в гальванические растворы, имеют жизненно важное значение для контроля скорости осаждения восстановленных атомов меди и микроструктуры гальванической меди. Например, некоторые добавки в растворах для нанесения покрытий можно использовать для изготовления пленок меди со структурами нанодвойников для повышения их электричества, прочности и подавления пустот5,8,9. Одной из добавок является хлорид-ион (Cl-) из NaCl или HCl, который увеличивает скорость восстановления ионов Cu10. Кроме того, Cl- может взаимодействовать с другими добавками, такими как полиэтиленгликоль (ПЭГ), для подавления скорости восстановления меди на поверхности катода11,12. Бис-(3-сульфопропил)дисульфид (SPS) реагирует с Cl-, ускоряя скорость восстановления ионов Cu на поверхности катода и уменьшая шероховатость поверхности гальванически нанесенного Cu13. Изменение концентрации добавок существенно повлияло на микроструктуру гальванизированной меди из-за изменения кинетики осаждения восстановленных атомов меди14. Поэтому заслуживает изучения влияние концентрации добавок на свойства гальванизированной меди.

In recent years, three-dimensional integrated circuits have become an essential solution for fabricating high-performance electronic products with extreme miniaturization15,16. Electroplated Cu has been widely applied in redistribution layers (RDLs) and through-silicon vias (TSVs) in advanced electronic packaging such as fan-out wafer-level packaging17,18. In RDLs and TSVs, the Cu wires must pass through silicon wafers and polymer substrates (epoxy molding compound). The latter exhibits a high thermal expansion, whereas the thermal expansion of the former is very low, and that of Cu ranges between them. Thermal stress is generated in the Cu wires by the different coefficients of the silicon, Cu, and epoxy molding compound during the thermal cycling tests19,20. Recently, the size of Cu wires in semiconductor chips has been reduced to the nanoscale, and their excellent mechanical properties have become increasingly important-oriented nanotwinned Cu with different columnar grain structures. Materials 13, 1310 (2020)." href="#ref-CR21" id="ref-link-section-d48472891e573"21,22,23./p>

Figure 3a shows the top-view optical images of the electroplated Cu foils peeled from the glass substrate after electroplating with SPS concentrations of 0, 0.2, 0.5, 1.0, and 2.0 ppm. The specimens were labelled as PC, PCS0.2, PCS0.5, PCS1.0, and PCS2.0, respectively. Although the top-view morphology of PCS0.2 is very similar to that of PC, the images show that the surface brightness of the Cu foil was significantly enhanced by increasing the SPS concentration. This is because the increase in the concentration of SPS gradually replaced the PEG molecules (suppressor) attached to the electroplated surface, accelerating the reduction of Cu ions13,14. When the concentration of SPS was low (0.2 ppm), the effect of the accelerator on the electroplating was very limited; therefore, the morphologies of PC and PCS0.2 resembled each other. When the concentration of SPS was increased to 0.5 ppm, the SPS molecules began to affect the Cu reduction. An increase in Cu reduction provided a uniform electroplating rate on the electroplated surface at the cathode to lower the roughness of the electroplated Cu surface. The SPS was also referred to as a brightener, and the Cu foils of PCS0.5–2.0 were brighter than those of PC and PCS0.2. The effect of SPS on the roughness of the electroplated Cu foil is illustrated by the SEM images in Fig. 3b. The top-view morphology of PC was very rough and had large cone structures, and the size of the cones was significantly reduced by 0.2 ppm SPS. Furthermore, the cones mostly disappeared when the concentration of SPS was ≥ 0.5 ppm, with the electroplated surface being very smooth. Excellent surficial uniformities of PCS0.5–2.0 were be observed in the higher-magnification SEM images (× 10,000), as shown in Fig. S1. Although the rough surface could be improved through an electropolishing process following electroplating-oriented nanotwinned Cu with different columnar grain structures. Materials 13, 1310 (2020)." href="/articles/s41598-023-27669-2#ref-CR21" id="ref-link-section-d48472891e691"21, the different microstructures with varying SPS concentrations possibly impacted the mechanical properties of the electroplated Cu foil./p>

-oriented nanotwinned Cu with different columnar grain structures. Materials 13, 1310 (2020)./p>