可延展柔性電子基底與互連導線界面可靠性多尺度分析研究.pdf

1、可延展柔性電子產品在可穿戴電子、柔性顯示和醫(yī)療等鄰域中有很大的應用潛力。在可延展柔性電子的應用中，可延展柔性電子基底與互連導線之間的可靠性研究受到越來越廣泛的關注。本論文以可延展柔性電子界面為研究對象，從微觀機理出發(fā)討論可延展柔性電子界面的可靠性問題，綜合運用分子動力學（MD）的方法，建立并且優(yōu)化基底和導線的微觀模型，分析優(yōu)化后的力學特性、熱特性以及在濕環(huán)境中的擴散性質，使優(yōu)化后的界面可靠性得到顯著提高。具體做了以下幾面內容：
　

2、　1．建立可延展柔性電子基底與互連導線的分子模型。以銅分子體系代表銅導線，以聚二甲基硅氧烷（PDMS）聚合物體系代表基底，建立導線和基底分子模型，對界面分子體系進行等容比熱容、均方位移、相對濃度和回轉半徑分析。結果表明：聚二甲基硅氧烷具有良好的顯熱存儲能力；從體系構型變化可以得出隨著溫度和聚合度的增加，體系在銅表面的不穩(wěn)定性增強，當聚合度過大時銅表面會出現(xiàn)孔的分布；從熱力學的角度分析，孔的出現(xiàn)會增加界面熱阻，不利于導線焦耳熱向外擴散；接

3、近銅表面的聚二甲基硅氧烷分子處于吸附狀態(tài)，而遠離銅表面的聚二甲基硅氧烷分子容易擴散。綜上所述，聚二甲基硅氧烷適合作為基底或封裝材料，并得到最優(yōu)的基底模型。
　　2．用摻雜的方式從微觀角度優(yōu)化基底的各項性質，以提高可延展柔性電子界面的可靠性。在PDMS基底中摻雜SiO2納米團簇的分析中得出：摻雜二氧化硅的基底復合物是各向同性材料，二氧化硅的加入增強了PDMS分子鏈之間的相互作用并且對分子鏈的穿透有糾纏作用，增強了聚二甲基硅氧烷分子鏈

4、的舒展性；通過加濕分析得出優(yōu)化后的聚二甲基硅氧烷基底能夠更好地抑制水分子的擴散；結果表明，基底熱膨脹系數(shù)隨著摻雜二氧化硅百分比的增大而減小，楊氏模量隨著摻雜二氧化硅百分比的增大而增大。這說明加入二氧化硅可以很好地提高聚二甲基硅氧烷的機械特性和降低基底的熱膨脹系數(shù)，使優(yōu)化后的基底更加適合與互連導線結合，提高整體的可靠性。
　　3．從微觀角度分析界面殘留金屬團簇模型的性質變化。得出界面殘留復合物為各向同性材料，團簇表面多層原子為無定形

5、態(tài)，并與聚二甲基硅氧烷形成具有尺度效應和溫度效應的界面區(qū)域。殘留的復合物比純聚二甲基硅氧烷的楊氏模量高，說明界面殘留物復合物不易發(fā)生形變，殘留物的存在引起界面的多種性質發(fā)生改變。
　　4．用MATLAB軟件對優(yōu)化后基底各項性質的數(shù)據(jù)進行擬合，得出以二氧化硅的含量為自變量的方程；使用ABAQUS仿真軟件分析表明當基底楊氏模量增加，基底與互連導線界面的應力也隨之增加。這說明在一定的范圍內適當?shù)奶嵘椎臈钍夏Ａ繒黾踊着c導線的協(xié)同性