[发明专利]一种基于电迁移的金属材料三维微结构的制备方法

权利要求书

1.一种基于电迁移的金属材料三维微结构的制备方法，其特征在于制备方法包括以下步骤：

1)在一平面上以PI材料作为基底，设计若干个二维试样结构；

2)采用电迁移制备技术在各个二维试样结构表面进行微米结构生长，并通过剪纸技术将各个位于平面上的二维试样结构分离，并通过位移和角度调整，实现各个二维试样结构的空间三维配合；

3)对完成空间三维配合的各个二维试样结构，采用焦耳热焊接和熔断技术对对应的微米结构进行空间互连；

获取电迁移过程中原子浓度变化和内应力之间的关系其中J为原子流、N为原子密度、D₀为前因子系数、k为波尔兹曼常数、T为温度、Q_gb为原子迁移的激活能、σ为薄膜内应力、Ω为原子体积、Z^*为有效化合价、e为电子的电荷值、ρ为电阻率、j^*为电流密度、l为试样长度,电阻率与温度的关系ρ＝ρ₀{1+α(T-T_H)}，α为温度影响系数，并由此建立金属膜两端实时R-t曲线，确定电迁移制备所需参数。

2.根据权利要求1所述的一种基于电迁移的金属材料三维微结构的制备方法，其特征在于：所述二维试样结构为PI/TiN/金属材料/TiN。

3.根据权利要求1所述的一种基于电迁移的金属材料三维微结构的制备方法，其特征在于：所述微米结构为微米线或微米带或微米管。

4.根据权利要求1所述的一种基于电迁移的金属材料三维微结构的制备方法，其特征在于：所述微米结构在生长过程中，与二维试样结构始终保持垂直，角度偏差≤5°。

5.根据权利要求1所述的一种基于电迁移的金属材料三维微结构的制备方法，其特征在于：在电迁移制备过程中，对内部原子浓度分布和电迁移路径进行建模，模拟分析电迁移驱动金属原子积聚的内应力演化过程，并确定电迁移制备过程中所需的参数。

6.根据权利要求1所述的一种基于电迁移的金属材料三维微结构的制备方法，其特征在于：空间互连时，需要构建二维试样结构的原位电热模型，确定焊接所需的电流值和时间。

7.根据权利要求6所述的一种基于电迁移的金属材料三维微结构的制备方法，其特征在于：二维试样结构的原位电热模型的热传导模型为：其中T为温度、T₀为初始环境温度、t为通电时间、К为热导率影响系数、ν为热传导因子、ρ为密度、q为电流密度、x为位移、c为比热容，在忽略焊接初始变形以及金属材料表面热传导的条件下，其稳态温度和瞬时温度为

其中K为热导率，l为试样长度，其局部最高温度值为其中I为电流值，l为试样长度，A为横截面积，σ为电-热影响系数，由此确定通电电流大小和时间。