有壓燒結(jié)銀膏連接層強(qiáng)度不足的技術(shù)原因分析

1. 引言

近年來，隨著第三代半導(dǎo)體材料如SiC、GaN的應(yīng)用日益廣泛，對于封裝互連材料的要求也變得更加嚴(yán)格。傳統(tǒng)焊錫由于其較低的工作溫度限制和較差的熱循環(huán)穩(wěn)定性，逐漸被能夠承受更高工作溫度且具有良好可靠性的納米銀燒結(jié)技術(shù)所取代。其中，有壓燒結(jié)銀膏作為一種新興材料，憑借其低溫連接、高溫服役的優(yōu)勢，成為了業(yè)界研究的重點之一。但是，即使是在優(yōu)化后的工藝條件下，某些情況下仍然會出現(xiàn)連接層強(qiáng)度不足的問題，這對產(chǎn)品的長期穩(wěn)定性和安全性構(gòu)成了挑戰(zhàn)。

2. 技術(shù)背景與現(xiàn)狀

2.1 研鉑牌YB1011有壓燒結(jié)銀膏簡介

研鉑牌YB1011有壓燒結(jié)銀膏是由先進(jìn)院（深圳）科技有限公司開發(fā)的一款高性能互連材料，專為滿足大功率模塊封裝需求設(shè)計。該產(chǎn)品采用了獨特的配方和技術(shù)路線，確保了在較低溫度下實現(xiàn)高質(zhì)量的大面積鍵合。相較于傳統(tǒng)的無壓燒結(jié)方式，YB1011通過施加適當(dāng)?shù)膲毫梢赃M(jìn)一步提高銀顆粒之間的接觸緊密度，從而獲得更加致密和平整的連接層結(jié)構(gòu)。此外，它還具有良好的潤濕性和較低的電阻率，適用于多種基板材料。

3. 導(dǎo)致連接層強(qiáng)度不足的原因分析

盡管有壓燒結(jié)銀膏具備諸多優(yōu)點，但在實際操作過程中若不注意控制相關(guān)參數(shù)，則可能導(dǎo)致最終形成的連接層強(qiáng)度低于預(yù)期。以下將從幾個方面進(jìn)行具體分析：

3.1 銀顆粒尺寸及形態(tài)的影響

研究表明，不同粒徑的銀顆粒對燒結(jié)后接頭的力學(xué)性能有著顯著影響。微米級銀顆粒雖然可以在較高溫度下形成較強(qiáng)的連接，但過高的溫度容易損壞芯片；相反，納米級銀顆粒能夠在更低溫度條件下完成大面積鍵合，但如果僅使用單一尺寸的納米銀顆粒，則可能會因為塑性差而導(dǎo)致應(yīng)力集中，進(jìn)而引發(fā)裂紋等問題。因此，選擇合適的顆粒配比至關(guān)重要。例如，制備了一種由50 nm和1 μm銀顆?；旌隙傻母咚苄砸蜃訌?fù)合焊膏，有效改善了燒結(jié)層的塑性。而在實際生產(chǎn)中，如果未能嚴(yán)格按照推薦的比例調(diào)配銀顆粒，則可能導(dǎo)致連接層強(qiáng)度下降。

3.2 工藝參數(shù)的選擇

除了銀顆粒本身的特性外，燒結(jié)過程中的工藝參數(shù)同樣決定了最終連接層的質(zhì)量。根據(jù)文獻(xiàn)報道，燒結(jié)溫度、時間和壓力是三個關(guān)鍵因素。過高或過低的溫度都會影響銀顆粒間的冶金結(jié)合效果；同樣地，時間過短無法保證充分反應(yīng)，而時間過長則增加了成本并可能引起其他副作用。至于壓力方面，適當(dāng)?shù)耐獠考虞d有助于消除孔洞并促進(jìn)顆粒融合，但如果壓力過大反而會造成損傷。因此，在使用YB1011時必須準(zhǔn)確調(diào)控這些參數(shù)以確保更佳性能。

3.3 接觸界面的狀態(tài)

另一個不可忽視的因素是待連接表面的狀態(tài)。任何殘留物或者氧化層都可能阻礙銀顆粒與基材之間的直接接觸，降低粘附力。特別是在處理銅基板時，由于Cu易于氧化，所以在燒結(jié)前通常需要采取措施如通入氮氣作為保護(hù)氣體來防止這種情況發(fā)生。此外，基材表面粗糙度也會對接頭質(zhì)量產(chǎn)生影響，過于光滑或粗糙都不利于形成牢固的連接。

3.4 復(fù)合材料的作用

為了克服純銀燒結(jié)存在的缺陷，近年來出現(xiàn)了添加其他成分制成復(fù)合材料的趨勢。例如，利用Ag包覆SiC顆粒部分替代納米銀顆粒，成功提高了熱導(dǎo)率；Yu等則在納米銀顆粒上化學(xué)鍍Sn，增強(qiáng)了剪切強(qiáng)度并降低了電阻率。不過值得注意的是，當(dāng)引入額外物質(zhì)時，需謹(jǐn)慎考慮它們是否會對原有體系造成不利影響。例如，過多的SiC添加量反而會惡化燒結(jié)接頭的力學(xué)性能。因此，在選用YB1011有壓燒結(jié)銀膏或其他類似產(chǎn)品時，應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用場景合理調(diào)整配方比例。

4. 改進(jìn)建議

針對上述問題，可以從以下幾個方面著手改進(jìn)：

• 優(yōu)化銀顆粒組合：基于目標(biāo)應(yīng)用選擇最適宜的銀顆粒尺寸和形狀，必要時采用多尺度復(fù)合策略。

• 精細(xì)調(diào)節(jié)工藝條件：通過實驗確定更優(yōu)的燒結(jié)溫度、時間和壓力組合，確保既能達(dá)到理想的連接效果又能避免不必要的損害。

• 加強(qiáng)表面預(yù)處理：確保所有參與連接的表面干凈無污染，并適當(dāng)調(diào)整表面特性以利于良好粘附。

• 探索新材料組合：持續(xù)關(guān)注行業(yè)內(nèi)關(guān)于新型復(fù)合材料的研究進(jìn)展，適時引入有益于提升連接層強(qiáng)度的新元素。

綜上所述，通過對有壓燒結(jié)銀膏連接層強(qiáng)度不足背后的技術(shù)原因進(jìn)行系統(tǒng)剖析，我們不僅可以更好地理解現(xiàn)有材料和工藝的局限性，也為未來研發(fā)更先進(jìn)的互連解決方案提供了理論依據(jù)。先進(jìn)院（深圳）科技有限公司將繼續(xù)致力于這一領(lǐng)域的探索，力求為客戶提供更為可靠的產(chǎn)品和服務(wù)。

以上數(shù)據(jù)僅供參考，具體性能可能因生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品規(guī)格而有所差異。