《Influence of surface roughness on interfacial reaction and shear strength ofindium thermal interface materials for FCBGA packaging》
题目：《Influence of surface roughness on interfacial reaction and shear strength ofindium thermal interface materials for FCBGA packaging》
作者：Yiou Qiu a, Zhen Liu b, Linzheng Fu a, Minming Yi a, Ping Wu a, Linjie Liao a, Xiaodong Teng b,Wenhui Zhu a,*, Liancheng Wang
发表时间：2025
DOI：10.1016/j.mtcomm.2024.111430
期刊：Materials Today Communications
摘要：随着电子设备朝着高功耗方向发展，纯铟正逐渐成为倒装芯片球栅阵列（FCBGA）封装产品理想的金属热界面材料（TIM），市场需求旺盛。确保铟热界面材料（TIM）在多次高温回流（HTR）工艺中的可靠性，仍然是FCBGA封装面临的挑战。本研究以盖板/铟/BSM芯片为研究对象，研究了170 -245℃温度范围内铟与各界面之间的润湿性，并系统分析了不同工艺条件对界面反应和剪切强度的影响。结果表明，提高温度和降低涂层表面粗糙度可改善铟与不同界面的润湿性。相比之下，表面粗糙度为0.4 < Ra <0.6的盖板能更好地满足FCBGA工艺要求。在低温回流（LTR）和多次高温回流条件下，主要断裂模式为韧性断裂。
结论：本研究探究了在170 -245℃温度范围内铟与不同界面之间的润湿性，并研究了低温回流（LTR）和多次高温回流（HTR）条件对铟与盖板及BSM芯片之间界面反应和剪切强度的影响。主要结论如下：
（1）焊接温度升高，铟与盖板和BSM芯片之间的接触角减小，铺展面积增大。相反，数据显示，随着表面粗糙度增加，接触角也会增大，铺展面积会减小。
（2）相比之下，在190 -245℃温度范围内，表面粗糙度为0.4 < Ra <0.6的盖板能更好地满足倒装芯片球栅阵列（FCBGA）工艺要求。增加表面粗糙度对金属间化合物（IMC）厚度和晶粒生长有积极影响。
（3）在键合过程中，铟与盖板和芯片之间的所有反应界面均出现了晶粒剥落现象。分析表明，这种现象与应力集中和IMC形态有关。
（4）在多次高温回流条件下，采用230μm的铟层厚度时，IMC层的厚度和形态对剪切强度影响较小。
图片展示：
作者简介：本研究聚焦铟热界面材料在FCBGA封装应用，创新点如下：
1. 系统研究了170–245 ℃条件下铟在不同界面上的润湿行为，揭示了温度与表面粗糙度的耦合作用。结果表明，当盖子表面粗糙度处于0.4 < Ra < 0.6时，润湿性最适合FCBGA封装工艺。
2. 探讨了不同工艺条件下铟与盖子及芯片界面的反应过程及金属间化合物（IMC）的生长动力学，揭示表面粗糙度在调控IMC形成与生长中的关键作用。
3. 发现铟与界面在多种工艺条件下均会发生晶粒剥落现象，并深入分析其形成机理及对界面可靠性的影响，为理解铟基材料的失效模式提供了新视角。
4. 系统研究了多次回流后的界面剪切强度与断裂模式，揭示循环热处理对铟TIM可靠性的影响规律，为提升FCBGA封装中铟界面的长期稳定性提供了理论依据。
上一页