《半導(dǎo)體芯科技》雜志文章

田中貴金屬工業(yè)株式會社確立了使用金- 金接合用低溫?zé)Y(jié)金AuRoFUSE ?的高密度封裝用金（Au）粒子接合技術(shù)，以解決半導(dǎo)體進(jìn)一步微細(xì)化和高密度化的問題，為光學(xué)器件和數(shù)字設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新做出貢獻(xiàn)。

AuRoFUSE ?是由粒徑僅有次微米大小的金粒子和有機(jī)溶劑混合所構(gòu)成的膠狀接合材料。一般而言，微細(xì)粒子具有“燒結(jié)”特性，被以低于熔點的溫度加熱，粒子會互相結(jié)合。AuRoFUSE ?被加熱至 200℃時溶劑會先蒸發(fā)，即便不施壓，金粒子也可實現(xiàn)燒結(jié)結(jié)合，從而獲得約30 MPa的充分接合強(qiáng)度。因此，AuRoFUSE ?在較低電阻和較高熱傳導(dǎo)率以及較低溫度下可以實現(xiàn)金屬接合。

通過本技術(shù)可使用預(yù)成型AuRoFUSE ?（ 干燥體） 實現(xiàn)20μm 大小4μm 間隙的窄間距封裝。此外，AuRoFUSE ?在200℃、20MPa、10 s的熱壓后，雖然在壓縮方向上顯示出約10％的收縮率，但在水平方向上較少變形，可用作接合強(qiáng)度足以承受實際應(yīng)用的金凸點。由于以化學(xué)穩(wěn)定性較優(yōu)異的金為主要成分，封裝后具有較高的可靠性。

本技術(shù)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體配線微細(xì)化和多種芯片集成（高密度化）的技術(shù)，預(yù)計將為LED（發(fā)光二極管）和LD（半導(dǎo)體激光器）等光學(xué)器件，在個人電腦和智能手機(jī)等數(shù)字設(shè)備上的應(yīng)用，以及車載零部件等需要高度技術(shù)創(chuàng)新的先進(jìn)技術(shù)作出貢獻(xiàn)。

本技術(shù)發(fā)表于2024 年3 月13—15 日在東京理科大學(xué)舉行的“第38 屆電子封裝學(xué)會春季演講大會”上。

AuRoFUSE?預(yù)制件制作方法

(1) 對接合對象基板作為底層，通過Au/Pt/Ti 進(jìn)行金屬化處理。

(2) 將光刻膠涂布在金屬化處理后的接合對象的基板上。

(3) 將符合預(yù)制件形狀的光掩模版放在接合對象的基板上，進(jìn)行曝光和顯影，制作光刻膠框架。

(4) 將AuRoFUSE ?倒入制作好的光刻膠框架中。

(5) 在室溫下真空干燥，干燥后用刮板刮取多余的Au 漿料。

(6) 通過加熱臨時燒結(jié)后，剝離并清除光刻膠框架。

通過AuRoFUSE?預(yù)成型實現(xiàn)較高密度封裝

在封裝半導(dǎo)體器件方面有很多種接合方法，包括使用焊料和電鍍的方法等，會根據(jù)目的采用各種方法。使用焊料的方法可以以較低成本快速形成焊點，但由于隨著焊點間距變得微細(xì)，焊料在熔化時會橫向擴(kuò)展，因此存在電極之間接觸引起短路的問題。此外，采用在實現(xiàn)較高密度封裝的技術(shù)開發(fā)中作為主流的通過無電解電鍍形成Cu 和Au 鍍層凸塊的方法，雖然可實現(xiàn)窄間距，但由于接合時需要相對較高的壓力，因此存在造成芯片損壞的問題。

田中金屬工業(yè)作為貴金屬專家，為了實現(xiàn)半導(dǎo)體的較高密度封裝，一直在進(jìn)行利用AuRoFUSE ?具有多孔質(zhì)產(chǎn)生的凹凸追隨性以及在較低溫度和較低壓力下可接合特性的研發(fā)。最初，我們的目標(biāo)是通過作為主流使用方法的點膠法，針式轉(zhuǎn)印法和絲網(wǎng)印刷法來予以實現(xiàn)，但由于膏材的流動性，不適合較高密度封裝。利用本次確立的本技術(shù)，通過在接合之前將膏材進(jìn)行干燥來消除流動性，可抑制橫向擴(kuò)展，從而實現(xiàn)較高密度封裝（圖1）。

圖1. 預(yù)成型的AuRoFUSE?與其他材料的比較

此外，由于多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)容易變形，即使在電極之間存在高低差異，以及基板翹曲和厚度不一致的情況下，也可以進(jìn)行接合（圖2）。

圖2. 吸收接合時出現(xiàn)段差的AuRoFUSE?預(yù)制件SEM圖像

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審核編輯 黃宇