Copper-coated carbon fibers have excellent conductivity and mechanical properties, making them a promising new lightweight functional material. One of the main challenges to their development is the poor affinity between carbon fiber and metals. This paper selects different carbon fibers for copper electroplating experiments to study the effect of carbon fiber properties on the interface bonding performance between the copper plating layer and carbon fibers. It has been found that the interfacial bonding performance between copper and carbon fiber is related to the degree of graphitization of carbon fiber. The lower the degree of graphitization of carbon fiber, the smaller the proportion of carbon atoms with sp2 hybrid structure in carbon fiber, the stronger the interfacial bonding ability between carbon fiber and copper coating. Therefore, carbon fiber with lower graphitization degree is conducive to reducing the falling off rate of copper coating and improving the quality of copper coating, and the conductivity of copper-plated carbon fibers increases with the decrease of graphitization degree of carbon fibers. The conductivity of copper-plated carbon fibers increases by more than six times when the graphitization degree of carbon fibers decreases by 23.9%. This work provides some benchmark importance for the preparation of highquality copper-plated carbon fibers.

3-D IC integration enables the smallest form factor and highest performance due to the shortest and most plentiful interconnects between chips. Direct metal bonding has several advantages over the solder-based bonding, including lower electrical resistivity, better electromigration resistance and more reduced interconnect RC delay, while high process temperature is one of the major bottlenecks of metal direct bonding because it can negatively influence device reliability and manufacturing yield. We performed quantitative analyses of the interfacial properties of Al-Al bonds with varying process parameters, bonding temperature, bonding time, and bonding environment. A 4-point bending method was used to measure the interfacial adhesion energy. The quantitative interfacial adhesion energy measured by a 4-point bending test shows 1.33, 2.25, and 6.44 J/m2 for 400, 450, and 500˚C, respectively, in a N2 atmosphere. Increasing the bonding time from 1 to 4 hrs enhanced the interfacial fracture toughness while the effects of forming gas were negligible, which were correlated to the bonding interface analysis results. XPS depth analysis results on the delaminated interfaces showed that the relative area fraction of aluminum oxide to the pure aluminum phase near the bonding surfaces match well the variations of interfacial adhesion energies with bonding process conditions.

Embedding of active devices in a printed circuit board has increasingly been adopted as a future electronic technology due to its promotion of high density, high speed and high performance. One responsible technology is to embedded active device into a dielectric substrate with a build-up process, for example a chipin-substrate (CiS) structure. In this study, desmear treatment was performed before Cu metallization on an FR-4 surface in order to improve interfacial adhesion between electroless-plated Cu and FR-4 substrate in Cu via structures in CiS systems. Surface analyses using atomic force microscopy and x-ray photoemission spectroscopy were systematically performed to understand the fundamental adhesion mechanism; results were correlated with peel strength measured by a 90o peel test. Interfacial bonding mechanism between electrolessplated Cu and FR-4 substrate seems to be dominated by a chemical bonding effect resulting from the selective activation of chemical bonding between carbon and oxygen through a rearrangement of C-C bonding rather than from a mechanical interlocking effect. In fact, desmear wet treatment could result in extensive degradation of FR-4 cohesive strength when compared to dry surface-treated Cu/FR-4 structures.

1.5 μm-thick copper films deposited on silicon wafers were successfully bonded at 415˚C/25 kN for 40 minutes in a thermo-compression bonding method that did not involve a pre-cleaning or pre-annealing process. The original copper bonding interface disappeared and showed a homogeneous microstructure with few voids at the original bonding interface. Quantitative interfacial adhesion energies were greater than 10.4 J/m2 as measured via a four-point bending test. Post-bonding annealing at a temperature that was less than 300˚C had only a slight effect on the bonding energy, whereas an oxygen environment significantly deteriorated the bonding energy over 400˚C. This was most likely due to the fast growth of brittle interfacial oxides. Therefore, the annealing environment and temperature conditions greatly affect the interfacial bonding energy and reliability in Cu-Cu bonded wafer stacks.

활성금속브레이징법으로 계면접합된 AlN/Cu 접합체의 잔류응력 완화에 미치는 Mo 중간재의 영향을 조사하였다. 유한요소법에 의한 응력 해석과 접합체 강도 측정, 파단면의 관찰을 행하였으며, 이들 결과를 비교, 분석하였다. 응력 해석 결과로부터, Mo 중간재를 사용할 경우 최대 잔류 주응력이 형성되는 위치가 AlN/삽입금속 계면으로부터 삽임금속/Mo 계면을 통하여 Mo 내부로 이동됨을 확인하였다.접합체의 자유표면에 형성되는 인장성분의 응력집중 위치는 Mo 중간재 두께가 증가됨에 따라 Cu/Mo 계면과 Mo/AlN 계면의 두 곳으로 분리되었으며, AlN측 잔류응력의 크기는 크게 감소하였다. 중간재를 사용하지 않은 경우 최대 접합강도가 52 MPa로 낮은 강도를 보였으나, 두께 400μm 이상의 Mo 중간재를 사용한 접합체의 경우, 200 MPa 이상, 최대 275 MPa의 접합강도를 얻을 수 있었다.

Ag-Cu-Ti 삽입금속을 이용하여 제조된 AlN/Cu와 AlN/W 활성금속브레이징 접합체의 잔류응력을 유한요소법으로 탄성 및 탄소성 해석을 행하여 그 결과를 접합강도 측정 결과와 파단 거동 관찰 결과와 비교, 분석하였다. 최대 잔류 주응력의 크기는 AlN/W 접합체보다 모재간 열팽창계수 차이가 큰 AlN/Cu 접합체에서 더 크게 나타났으며, 접합계면에 인접한 AlN 세라믹스 자유표면에 인장 성분의 응력집중이 확인되었다. 모재와 삽입금속의 탄소성 변형을 모두 고려할 경우, AlN/Cu 접합체의 경우 연질의 삽입금속에 의해 최대 잔류 주응력이 감소하여 소성변형에 의한 응력완화 효과가 있음을 확인하였으나, 100μm 이상으로 삽입금속 두께를 증가시키더라도 잔류 주응력의 크기는 더 이상 크게 감소하지 않았다. 측정된 최대 접합강도는 AlN/Cu와 AlN/W 접합체에서 각각 52 MPa와 108 MPa이었으며, 파단 형태는 AlN/Cu 접합체는 AlN 자유표면으로부터 AlN 내부로 큰 각도를 이루면 진행되는 돔형의 파단이, AlN/W 접합체에서는 접합계면의 삽입금속층을 따라 AlN 측에서 파단이 일어나는 형태를 보였다.

Cu-P계, 4종의 Cu-P-Pn계 및 3종의 Cu-P-Sn-Ag계 용가재를 사용해 Ar분위기 하에서 1003 및 1033K로 1.2Ks동안 노브레이징한 ST304, STS430 및 저탄소강과 동 접합체들을 전단시험 및 조직시험하였다. 계면에서의 미세조직은 제 종류 즉 첫째,균열을 포함하는 반응층 둘째, 분산층 세째, 균열을 포함하는 반응층과 분산층으로 분류된다. 분산층만이 존재할때 40-60MPa 이상의 상대적으로 높은 전단강도가 얻어지며, 동모재파단을 일으킨다. 이 반응층이 형성되었을때는 반드시 균열이 형성되며, 낮은 전단강도를 나타내고 접합부파단을일으킨다. 이 반응층은 Fe-P계의 화합물이다. 이러한 미소조직 및 강도 경향은 용가재내 Sn의 존재 및 모재내 Ni(또한 Cr)의 존재 유무에 따라 변화한다.

첨가원소를 달리한 두 종류의 삽입금속 Cu-10tw% Ti합금과 Cu-7.5wt% Zr 합금을 사용하여 알루미나와 304 스테인레스강을 활성브레이징법으로 접합하였을 때 두 접합체 계면의 반응층생성구조를 비교조사하여 다으모가 같은 결과를 얻었다. Cu-10tw% Ti삽입금속을 사용한 접합체의 알루미나쪽 반응층은 단층구조를 이루고 있었으나 Cu-7.5wt% Zr삽입금속을 사용한 경우 반응층은 이중구조를 이루고 있었다. 이는 두 종류의 서로 다른 삽입금속이 용융상태에서 알루미나 표면에 갖는 젖음성(wettability)차이에 기인하는 것으로 사료되며 이러한 반응층의 생성구조는 접합강도에 지대한 영향을 미치는 것으로 확인되었다. Cu-10wt% Ti 삽입금속을 사용한 경우 모든 접합조건에서 열응력에 의한 모서리 균열(dege crack)이 관찰되었으나 Cu-7.5wt% Zr 삽입금속을 사용한 경우 적정 접합조건을 선정하면 반응층의 이중구조를 통애 열응력을 완화시킴으로써 균열발생을 억제하여 1323K × 0.6Ks의 접합조건에서 비교적 높은 약 86MPa의 전단강도값을 얻을 수 있었다.