可延展柔性電子基底與互連導(dǎo)線界面可靠性多尺度分析研究.pdf

1、可延展柔性電子產(chǎn)品在可穿戴電子、柔性顯示和醫(yī)療等鄰域中有很大的應(yīng)用潛力。在可延展柔性電子的應(yīng)用中，可延展柔性電子基底與互連導(dǎo)線之間的可靠性研究受到越來越廣泛的關(guān)注。本論文以可延展柔性電子界面為研究對象，從微觀機(jī)理出發(fā)討論可延展柔性電子界面的可靠性問題，綜合運(yùn)用分子動力學(xué)（MD）的方法，建立并且優(yōu)化基底和導(dǎo)線的微觀模型，分析優(yōu)化后的力學(xué)特性、熱特性以及在濕環(huán)境中的擴(kuò)散性質(zhì)，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(nèi)容：
　

2、　1．建立可延展柔性電子基底與互連導(dǎo)線的分子模型。以銅分子體系代表銅導(dǎo)線，以聚二甲基硅氧烷（PDMS）聚合物體系代表基底，建立導(dǎo)線和基底分子模型，對界面分子體系進(jìn)行等容比熱容、均方位移、相對濃度和回轉(zhuǎn)半徑分析。結(jié)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(gòu)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(qiáng)，當(dāng)聚合度過大時銅表面會出現(xiàn)孔的分布；從熱力學(xué)的角度分析，孔的出現(xiàn)會增加界面熱阻，不利于導(dǎo)線焦耳熱向外擴(kuò)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(yuǎn)離銅表面的聚二甲基硅氧烷分子容易擴(kuò)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(xiàng)性質(zhì)，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(tuán)簇的分析中得出：摻雜二氧化硅的基底復(fù)合物是各向同性材料，二氧化硅的加入增強(qiáng)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(qiáng)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(kuò)散；結(jié)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(jī)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(dǎo)線結(jié)合，提高整體的可靠性。
　　3．從微觀角度分析界面殘留金屬團(tuán)簇模型的性質(zhì)變化。得出界面殘留復(fù)合物為各向同性材料，團(tuán)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(yīng)和溫度效應(yīng)的界面區(qū)域。殘留的復(fù)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(fù)合物不易發(fā)生形變，殘留物的存在引起界面的多種性質(zhì)發(fā)生改變。
　　4．用MATLAB軟件對優(yōu)化后基底各項(xiàng)性質(zhì)的數(shù)據(jù)進(jìn)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(dāng)基底楊氏模量增加，基底與互連導(dǎo)線界面的應(yīng)力也隨之增加。這說明在一定的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)奶嵘椎臈钍夏Ａ繒黾踊着c導(dǎo)線的協(xié)同性