电子封装低温互连技术研究进展

电子产品作为现代电子行业的产物,已逐渐成为社会发展的主导力量,在电子产品封装过程中,电子器件的封装温度过高会产生较大的热应力,进而降低其可靠性。随着电子器件趋于微型化、高功率化、高集成化,其服役温度越来越高,如何解决电子器件“低温封装、高温服役”这一问题已迫在眉睫。本文就低温电子封装材料及方法,从封装母材、连接材料及连接方法三个方面进行总结,指出只有从母材、焊材及焊接方法同时入手,才能达到最佳技术效果,提出在母材表面制备链长更长的、易去除的临时保护层,采用烧结纳米银、纳米铜或瞬时液相混合焊料,借助与焊缝非直接接触的超声搅拌等材料和方法有望克服低温封装的技术瓶颈,同时提出采用微米级混合焊料并辅以超声振动实现连接的新思想。

电子封装异质材料连接研究进展

随着摩尔定律趋于失效,3D封装和大功率器件的普及,具有较强散热能力的陶瓷基板、硅基板必将加速推广,由此引发更多的异质材料互连问题。综述了电子封装领域常用金属与金属,陶瓷与金属等异材互连研究进展,指出实现免热沉陶瓷与金属直接低温封接迫在眉睫,焊料添加更多的贵金属及稀有活性金属、焊料尺寸从传统块状或大尺寸颗粒向具有较强活性的纳米线或纳米颗粒转变,封装技术从传统的回流焊、压焊向飞秒激光、激光局部加热等大功率密度、局部热源及复合热源方向转变,封装可靠性从传统的热老化、热循环、热冲击向极端温度、极端温度梯度、快速温度转换和多场协同作用下的可靠性方向转变。

电子封装超声互连研究新进展

超声振动摩擦和局部高温高压可实现同材或异材的低温、快速、可靠的互连,超声技术在电子封装中显示出无与伦比的技术优势。综述了超声引线键合、块体母材直接超声键合、母材/焊料/母材三体超声固相键合等超声固相键合技术,超声钎焊、超声瞬态液相扩散焊等超声液相键合技术,超声纳米烧结、混合(复合)焊料超声互连等超声固液混合键合技术。无论是高频低功率的高速超声键合,还是中频高功率超声常速键合,超声的作用规律和效果相似,其互连质量和互连机理与接触材料及其状态有着最为密切的关系;考虑由于超声互连过程快、时间短、互连界面窄、接头不透明,可以采用焊接实时高速摄像技术和同步辐射X射线成像技术相结合,实时观察液态焊料润湿流动、焊料颗粒运动轨迹、母材的剥离过程及界面形成规律;考虑由于微焊点尺寸放大,可以借助温度传感器和压力传感器进行超声的温度效应和瞬态压强实时测量;基于双超/多超声诸多影响因素,多超声的数值模拟分析将成为微焊点超声互连机理研究的有效手段。

电子封装高温焊料研究新进展

随着先进封装和第三代半导体的快速发展,具有高熔化温度、耐持久温度考验的高温焊料逐渐成为学界追逐的热点,也成为推动电子产业无铅化和升级换代等“卡脖子”问题的瓶颈。本文综述了传统高温Sn-80Au和Pb-Sn焊料、IMC焊料、纳米及纳米-微米混合焊料,提出未来高温焊料在成分上必将以金、银、铜、铝等金属或石墨烯、碳纳米管等轻质、高导热、高熔化温度的碳基材料及其复合材料为主流;在微观尺度上,纳-微米混合焊料既具有纳米焊料的温度效应,又具有颗粒选择的灵活性,能在一定程度上解决纳米焊料的氧化、团聚及烧结时的相转变等问题;基于颗粒焊料的多尺度、颗粒种类选择的多维度,具有低温快速制备、高温长期服役的IMC高温焊料也具有极大的前途。加速高温焊料研发,突破低温封装、高温服役的技术瓶颈,必将极大推动先进封装和功率封装的快速发展。

功率互连全IMC焊点的研究进展

全金属间化合物焊点具有“低温制备,高温服役”技术优势,成为最可能替代用于高温环境的高铅焊料、Au基焊料等连接材料。本文概述了低温烧结、固液互扩散键合技术、瞬态液相连接等方法制备全金属间化合物(IMC)焊点的特点,综述了Cu/Sn、Cu/In、Sn/Ag、Sn/Ni等体系制备全IMC焊点的研究进展,指出键合时间太长、相变会产生孔洞等缺陷是制约IMC生产应用的主要问题,认为应结合Cu-Cu接头的结构特点和材料性能,在焊料体系方面开发更多基于Sn基、Cu基、Sn-Cu基二元或三元焊料体系,更多地关注焊料的状态、尺寸、制备方法;在制备方法方面,把母材和焊料构造为一个冷热微循环,对焊料进行如飞秒激光、局部激光、感应加热等瞬态、局部高功率加热,同时对母材进行高功率制冷,适当辅助振动和压力能增加碰撞扩散几率和缩短扩散距离,就能快速获得单一高可靠性全IMC焊点。