由于现有封装技术的限制,特别是芯片与基板的互连技术,例如银浆、聚合物材料,软钎焊等互连技术由于焊料合金的低熔点、环氧树脂的低温分解等原因,使其不能在高温环境下可靠工作,导致限制电力电子系统性能和可靠性的瓶颈从半导体芯片转移到了封装技术上来。
善仁新材的纳米烧结银互连层的制作工艺
其工艺主要包括:
① 在覆铜(Cu)基板上涂覆或者丝网印刷纳米烧结银,将芯片放置在纳米银膏上;
② 进行预加热干燥,用于排除烧结银中的有机气体等挥发物,然后在高温下进行无压或压力辅助烧结,主要烧结工艺参数有:升温速率、烧结温度、烧结压强、烧结时间和气体环境等;
其一为改变芯片尺寸,好控制在5×5 mm2以内;其二是在烧结银中添加“特殊物质”。善仁新材公司通过控制烧结温度、温升速度、烧结时间研究出一种烧结方法,在针对10×10mm2的大面积连接时,既降低了烧结温度,又将烧结后的剪切强度提升至50MPa左右。
纳米烧结银互连层的孔隙研究
善仁公司统计了在不同时间和温度下孔隙率情况。发现孔隙率的大小和芯片的大小有很大的关系,采用无压纳米烧结银AS9375封装5*5mm的小芯片,几乎无孔隙。对于大于5*5mm的芯片,空隙率会在3-8%之间。孔隙主要由小孔和中孔组成,在250℃烧结时,空隙会很少。
善仁新材研究院通过各种测试得知:纳米烧结银的互连层的空隙大小和空隙率高低和烧结温度,升温速率,保温时间等有密切的关系。