案例分享 | 打开芯片黑箱：泽攸原位TEM技术揭示微凸点失效的纳米级真相

异质界面：芯片可靠性的“阿喀琉斯之踵”

在Cu/Ni、Ni/SnAg等多材料界面处，界面脆性、孔洞生长、晶界弱化等问题在热-机械耦合载荷下极易引发失效。这成为制约高可靠、高密度封装进一步发展的技术瓶颈。

东南大学研究团队利用泽攸科技原位TEM测量系统，开展了针对倒装芯片凸点界面微观失效机制的突破性研究，其成果已在Journal of Materials Research and Technology期刊发表。

强度差异惊人：5倍差距揭示最薄弱环节

通过悬臂梁测试，研究团队精确测定了微凸点中两种关键异质界面的力学性能。实验结果令人震惊：Cu/Ni界面拉伸强度高达约1775 MPa，而Ni/SnAg界面强度仅为335 MPa，相差5倍以上。

微观分析显示，Ni/SnAg界面处形成了(Cu,Ni)?Sn?金属间化合物，其与SnAg焊料边界处存在大量Kirkendall空洞，这正是界面强度显著降低的“罪魁祸首”。

原位TEM：纳米尺度的“现场直播”

泽攸科技原位TEM测量系统的高精度操控能力，使研究者能够实时捕捉界面在载荷下的动态演化过程。

在Cu/Ni界面研究中，断裂并非发生在界面处，而是位于Cu层内部。纳米孪晶结构有效阻碍了微裂纹扩展，多滑移带的交互作用最终形成独特的“W”形断裂路径。

Ni/SnAg界面：空洞主导的失效机制

在拉伸载荷下，Ni/SnAg界面展现出独特的“空洞生长-聚结-界面开裂”失效模式。原位TEM观察显示，IMC/SnAg边界处预先存在的Kirkendall空洞在载荷作用下显著扩展，随后相互连接形成连续裂纹路径。

这些空洞主要分布在IMC靠近焊料一侧，归因于Sn原子与Ni原子扩散速率差异导致的空位聚集。在拉伸过程中，SnAg焊料层显著延展吸收应变，而Ni/IMC界面保持稳定，证实IMC/SnAg边界是整个结构中最薄弱区域。

剪切载荷下的不同表现

为模拟实际服役条件，研究团队还进行了原位剪切实验。结果显示，在剪切载荷下Ni/SnAg界面呈现完全不同的失效模式：裂纹优先在IMC晶界和三叉晶界处形核，并沿晶界扩展。

与拉伸载荷下Kirkendall空洞主导失效不同，剪切条件下IMC粗大晶粒及其晶界缺陷成为主导因素。这一发现指明细化IMC晶粒、增强晶界结合强度是提升微凸点剪切可靠性的关键途径。

技术启示：从观察到调控的跨越

这项研究不仅揭示了微凸点界面失效的微观机制，更重要的是建立了微观界面强度量化体系，为后续的界面调控与优化提供了精准指导。

通过调控IMC组织、引入纳米孪晶强化等工艺优化手段，有望实现界面可靠性的精准提升。泽攸科技的原位TEM技术为这一跨越提供了关键支撑，使研究人员能够在纳米尺度上实现从“观察现象”到“调控性能”的转变。

随着半导体器件不断向小型化、高密度化发展，对微观界面可靠性的理解与掌控将变得越来越重要。原位表征技术的进步，正为我们打开一扇通往更可靠、更高效芯片世界的大门。

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