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日立开发出实现金属与树脂粘接面剥落状况可视化的仿真技术

  日立制作所与新加坡研究机构——高性能计算研究院(Institute of High Performance Computing)联手开发出一种分子仿真技术,可使电子设备布线中使用的金属及其包覆材料树脂的粘接面的剥落状况实现可视化。该技术可以nm精度求出粘接特性。如果在电子设备的设计中应用此项技术,则可选出与金属的粘接性更高的树脂。

  随着电子设备小型化及高性能化的要求,布线的微细化程度越来越高。然而,如果进一步微细化,则金属表面会变得平滑,通过表面凹凸来保持的粘接强度有可能减弱。作为解决的办法,为了在平滑的金属及树脂上也能得到一定的粘接强度,以往是反复实际做实验,找出最适合的金属及树脂材料。然而,由于开发期缩短以及元件的高性能化,需要有可以更高精度展示金属及树脂的粘接特性的仿真技术。

  以往的仿真技术所采用的是量子力学方法。采用这种方法时,必需计算金属与树脂的粘接面发生剥落时产生的“电子云”分布的变化,这一计算过程需要花费很长时间。因此,对数百个原子的计算已达到计算的极限,很难对金属与树脂的粘接面发生剥落的状况进行分子级(数千~数十万个原子)计算并实现可视化。

  与以往的技术不同,新技术首先通过对金属与树脂粘接面进行大规模量子力学分析,找出最稳定的粘接结构,然后再求出慢慢剥离粘接面时电子云的变化、作用于原子间的力以及系统整体的能量变化。将粘接面的电子云分布视为在原子间起到弹簧的作用,将其作成模型,然后,再针对金属及树脂的原子求出表示作用于原子间的力、以及系统能量变化的弹性函数。利用这样求出的原子间的弹簧模型,分析树脂与金属薄膜的剥落状况。

  通过这种采用弹簧模型的方法,无需直接计算电子云的状态变化,因此可大幅缩短计算时间,无需进行实验即可在分子层面上观察到剥落的状况。

  日立已将新开发的仿真技术应用于电子设备印刷电路板上较多采用的聚酰亚胺树脂与多种金属(铜、镍、氧化铜)的接合界面。由此得知,由于镍在界面处重叠的电子云比铜更大、相互作用更强,因此粘接强度增强。另外还发现,使用氧化铜时,由于氧化铜内部的电子云偏移较大,因此,与聚酰亚胺的粘接强度比采用铜时更大。由此可知,使布线材料铜的表面氧化,或者在铜与聚酰亚胺之间加入镍层,可提高粘接性。

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