金属学报

作者：许增光, 周士祺, 李晓, 刘志权

单位：1 中国科学院深圳先进技术研究院 深圳 518055；2 中国科学院大学 深圳先进技术学院 深圳 518055；3 深圳先进电子材料国际创新研究院 深圳 518103

关键词：(111)取向纳米孪晶Cu,随机取向多晶Cu,抗氧化性,焊料润湿性,晶界扩散,

基金：国家自然科学基金项目(62274172);广东省基础与应用基础研究基金项目(2022B1515120037)

在先进封装产业中，(111)取向纳米孪晶Cu ((111)nt-Cu)与一般随机取向多晶组织Cu (C-Cu)相比具有多种优势，包括高强度、出色的延伸率和良好的导电性。近年来，3D封装以及器件小型化的趋势对先进封装中电镀Cu材料理化性能提出了更加严苛的要求，C-Cu直接暴露在空气中容易氧化是先进封装制程中亟待解决的问题，(111)nt-Cu成为代替C-Cu的潜在方案。本工作从Cu基体的氧化层厚度和焊料在Cu基体上的润湿性2个方面，对电镀(111)nt-Cu和C-Cu的抗氧化性能进行了深入分析研究。运用TEM、XPS表征方法，对氧化层成分与厚度进行了测量；采用EBSD和FIB等手段对Cu基体表面的晶界以及晶粒尺寸进行了测量和分析；使用SEM对2种Cu基体/氧化层界面形貌进行了精细表征。结果表明，在250℃空气气氛下，(111)nt-Cu具有比C-Cu更好的抗氧化性能。氧化时间为9 min时，(111)nt-Cu氧化层厚度仅为C-Cu氧化层厚度的43.2%。氧化12 min后，(111)nt-Cu与纯Sn反应制作的焊点的接触角比C-Cu的小26.7%，且焊料铺展面积比C-Cu的大24.6%。2种Cu基体上都生成了含有纳米晶CuO和Cu2O两相混合结构氧化层。(111)nt-Cu具有更好的抗氧化性能，原因是(111)晶面和内部的孪晶界具有更低的表面能，并且其基体表面有更小的大角度晶界面积分数，有效地限制了Cu原子向外的扩散速率。

来源：2024年第7期

《金属学报》期刊编辑部

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