電子元器件低溫焊接技術的研究進展

王佳星，姚全斌，林鵬榮，黃穎卓，樊 帆，謝曉辰

（北京微電子技術研究所，北京 100071）

1 前言

電子元器件是支撐整個工業創新和發展的關鍵和基礎，電子元器件互連材料及互連技術是電子元器件功能實現的重要基石。由于芯片服役溫度的提升和芯片堆疊層數的增加使得焊接次數增多，傳統低溫焊料（熔點為200 ℃左右）和高溫焊料（熔點大于等于300 ℃）由于熔點低和熱應力等問題無法匹配電子元器件高溫服役的需求。實現低溫連接、高溫服役焊接工藝成為解決這一問題的關鍵技術，即焊料在低溫下焊接形成固態連接，焊接后焊點耐高溫性能提升。低溫焊接技術既避免了高溫焊接中基板翹曲、熱應力等問題，又保障了焊點的高溫服役穩定性，實現了在低能量外部輸入條件下的耐高溫、高可靠焊接。目前，實現該目標的主要工藝有納米金屬顆粒低溫燒結工藝、瞬時液相低溫燒結工藝、顆粒增強低溫焊接（燒結）工藝。

2 納米金屬顆粒低溫燒結工藝

納米金屬顆粒有著較高的比表面積和表面能，可以在低溫下進行燒結，燒結后熔點與塊狀金屬熔點相同。研究指出，當粒徑減小到納米尺度時，固體物質熱學性能會發生改變，熔點顯著下降［1］。20 世紀80 年代，西門子公司首次使用金屬顆粒燒結工藝實現電子元器件的互連［2］，但是由于該方法的高輔助壓力對燒結設備有著很高的要求并且容易造成芯片損壞，該方法并未得到推廣。由Herring 定律可知，隨著顆粒尺寸的減小，顆粒的表面能增大，燒結內部驅動力增強，因此燒結所需外部輸入的能量減少，即燒結溫度和輔助壓力降低［3］。……