薄膜—基底的几个力学问题.pdf

维普资讯 7)Jf(／ e／ 。 薄膜一基底的几个力学问题 余 寿 文 [) 、 (精华大学．北京． 100084) 余寿文，1939年生 于福建，l955年至 1958年就读于上海 同济大学 蛄构 系． 1966年毕业于清华大学工程力学研 究班 固体 力学专业 ． 1985 年至 l987年获联邦德 回洪堡美 学金 ，在选姆斯塔特工业 大学力学研究所 任客座研究员从事研 究工作． 196o年起，厨任清华 大学工程 力学系助 教 、副教授 、教授 以厦破坏理论研 究塞主任 、工程力学系系主任 ．现任清 华大学副校长、博士生导师．兼任 中回力学学会副理事长， 《固体力学学 报》副主编，中用高等教 育研 究会耐理事 长、回家 自然料学基金 力学评议 组成 员、 《力学学报》、 《应用力学学报》等刊物嫡委等职．多年来，从 事断裂 力学、掘伤力学、知观 力学、板壳理论 、压 力容器安全评定、擞 电 子抒料破环 力学 、抒料强嘲 忆 力学机理 的研 究与教 学．f与合作者一起 发表学术译著4本，学术论文100书篇-获回掌白然科学三等类 (1987)，回掌教委科学技 术进步一等奘 (1988)、二等美 (1986)． 攫耍 本文介绍了近年微 电子薄膜 一基底组件的几十力学问题 ：连接件边界及端部的应力集 中和应力奇异性}不同薄膜一基底和界面的组合与相应的破坏模式和力学分析；薄膜与界面的力 学参量的测试方法，文末提出了薄膜一基底组件的几个需要进一步研究的力学问题． 关量词 薄膜 一基底．薄膜力学，界面力学，破坏模式，应力奇异性 ●_。_-一 ‘。。’… 近代 电子工业迅猛发展，集成度上升，集成系统功能更新迅速，微电子封装工艺及其可 靠性的提高，都给力学提出了一系列重大的课题 ：例如薄膜、基底等复合微电子材料的力 学行为与细观力学；相关的应力分析、失效分析与破坏防止对策 ；热疲劳过程与器件寿命估 计 ；微电子结构设计中力学优化；电子器件与薄膜 一基底的强度与韧性的测量与标定等． 复合微电子组件 (薄膜，基底，封装)生产过程中，由于热学与力学参量的失配，薄膜 在各种成型工艺过程中的加热冷却，引起了残余热应力，或热差落应变；集成电路 (IC)与 集成系统 (IS)在使用过程中的发热引起的热应力和交变热循环引起了热疲劳，以及使用过 程中引起的性能退化和老化，都是导致 IC和 IS失效的重要原因． 从 8O年代起，微 电子元器件开始从基体上的单层薄膜几何转变为基体上的多层叠合膜 几何．国外的叠合层数 已达数百层，国内也达数十层之多．从而实现了从面积型元件至体积 型元件，从单层 平“房”式的微电子元件结构至多层微电子 “摩天大厦”这一巨大变革．上 述设计思想的更新导致了微 电子封装结构中应力 一应变水平的急剧增高，导致 了硅基体、聚 氨酰脂 、良导 电金属和陶瓷相之间易于发生缺陷的材料界面的大量引入，导致 了在褂膜工 艺过程中所必然遇到的反复加热 ／冷凝的热疲劳过程．这些因素造成了失效的技术动因， 把失效力学推上了微电子技术这一舞台．再者，力学的介入不仅可为微 电子元件失效提供 防范，力学概念的引入还可以正向地推动微 电子技术的发展．力学工作者投入微 电子技术 维普资讯 领域研究已成为 9O年代初，引人注 目的学科动向之一．在 《应用力学评论》 Mechanics USA 1990专刊上也特辟一个栏 目来讨论薄膜力学问题． 1989年美机械工程师学会新增 了专 门学术