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三维封装是一种先进的封装互连技术,具有互连距离短、信号传输快、集成度高、信号干扰少等优点。键合是使得芯片堆叠得以完成的关键技术,其中,铜-铜热压键合能同时完成电热连接和机械连接,因而成为三维封装的首选键合技术。然而,以往的铜-铜热压键合温度偏高,工艺时间长,效率普遍较低。因而亟需控制键合温度以增强产品性能并减小生产成本。纳米多孔铜结构具有比表面积大、表面活性高、扩散系数大以及纳米尺寸效应等特点,利用该特殊结构作键合层有潜力降低键合温度。当前,纳米多孔铜的主要制备手段是脱合金法,此方法工艺简单,且可通过调节工艺参数得到不同尺寸的纳米多孔结构。本文采用脱合金法制备纳米多孔铜,并使用此特殊结构作键合层以达到低温键合目的。主要研究内容包括:首先,讨论了基于纳米多孔铜的低温热压键合技术的原理。纳米多孔铜具有大比表面积、高表面活性、纳米尺寸效应,且较体材料软等特点,这些特性都有助于降低键合温度和压力;其次,以Cu-Zn合金为研究载体,分析了影响纳米多孔铜结构的关键因素,包括退火温度、镀锌时间以及腐蚀时间。研究表明,较低的退火温度难以使Cu、Zn完全合金化,而过高的退火温度又会产生热应力,合适的退火温度为150~160℃;随着镀锌时间增加,纳米多孔铜结构的孔径尺寸逐渐缩小并趋于稳定,分析得出较理想的镀锌时间为12min;而随着腐蚀时间增加,韧带出现粗化现象,适宜的腐蚀时间为10min;再次,对纳米多孔铜的热学性能和力学性能进行了分析。结果表明,纳米多孔铜在200℃便开始出现表面熔融现象,表明其熔化阈值温度远低于体材料;而纳米压痕测试结果表明,纳米多孔铜的硬度和杨氏模量均小于体材料;最后,分析了不同工艺条件对纳米热压键合质量的影响。在250℃低温下,键合压力为0.5MPa并持续120min,得到了良好的键合结果(拉伸强度高达5.2MPa)。而无纳米多孔铜的光面铜热压键合强度几乎为零,两者对比证实了基于纳米多孔铜低温键合的可行性。