使用热膨胀系数与基板和芯片相近的焊膏可以 降低层间热应力，使用低杨氏模量焊膏烧结可以形 成柔性互连层，阻止互连层泛起疲劳裂纹
。因此可 以通过添加合适质料参数的颗粒调理互连层的热膨 胀系数和杨氏模量，进而获得高质量的烧结讨论
。Schmitt等在烧结银浆料中将10%的Ag颗粒替换为Ag 包覆Ni或Mo颗粒，降低了焊料层的热膨胀系数和杨 氏模量，烧结讨论经由2 500次热循环后没有视察到 可见的分层
。

2.1 工艺条件对互连质量的影响 

影响纳米银烧结的工艺参数主要包括烧结压 力、烧结温度、烧结时间、升温速率和烧结气氛
。 

烧结压力可以为烧结提供驱动力，增进银颗粒间的机械接触、颈生长和银浆料与金属层间的相互 扩散反应，有助于消耗有机物倾轧气体，使互连层 孔隙更少，从而形成稳固致密的银烧结讨论
。但由 于现有的装备手艺缘故原由，高烧结压力难以实现自动 化生产，且过高的烧结压力会造成芯片的损坏，从 而导致器件可靠性的下降
。关于银颗粒尺寸较小的 焊膏，银烧结所需的驱动力较小，因此可以实现低 温无压烧结
。然而，在无压烧结工艺中烧结时间不 足时讨论孔隙率较大，在高于250 ℃下烧结至少需要 60 min才华形成牢靠的毗连讨论
。

适当提高烧结温度、高温下的保温时间和升 温速率可以获得更高强度的烧结讨论，纳米银颗粒 的烧结是由焊膏中有机物的蒸发控制的，更高的温 度、保温时间和升温速率可以让有机物蒸发更快， 获得更好的烧结讨论
。但过高的温度、升温速率和 过长的保温时间会导致晶粒粗化，过大的升温速率 会导致焊膏中有机物迅速蒸发，从而爆发朴陋和裂 纹等缺陷，影响毗连强度和服役可靠性
。 

纳米银焊膏常用的烧结气氛为空气、氮气和甲 酸
。烧结气氛中一定含量的氧可以激活焊膏中有机 物的降解，增进银颗粒之间的毗连和缩颈，从而有 利于剪切强度的提高
。但烧结气氛中的氧含量过高 时，Cu基板外貌易天生氧化物
。Kim等将SiC芯片 /纳米银浆料/Cu基板在空气和氮气中230 ℃烧结， 研究发明，在空气中烧结时，纳米银讨论剪切强度 为3 MPa，烧结银界面泛起粘连破损；在氮气中烧结 可使纳米银讨论剪切强度提高到约9 MPa，断裂界面 在烧结银内部
。ROH M H等比照了在N2和甲酸气 氛下，在差别基材上无压烧结（温度300 ℃、一连 60 min）后的讨论剪切强度，N2和甲酸气氛下Cu基 板讨论的剪切强度划分为10.4 MPa和11.2 MPa，这说 明甲酸气氛可以用于镌汰铜外貌的氧化物
。 

除了烧结时的工艺参数，贴片的工艺条件也会影响银烧结的毗连质量
。Takemasa等]使用差别的芯 片贴装速率和深度将Si芯片装置到印刷银浆料的Cu 基板后无压烧结，研究了芯片贴装速率和深度对银 烧结讨论的影响
。当贴片速率快时，银膏层匀称， 朴陋较少，如图3(a)和图3(b)所示，但当贴片深度 达60 μm时，部分银膏被挤出，互连层剩余银膏较 少，如图3(c)所示
。当贴片速率较慢时，X-ray难以 穿过银密度较高的区域，芯片对角线上X-ray图像变 暗，泛起出深色的十字，如图3(d)~图3(f)所示
。随着 贴片深度和朴陋数目的增添，芯片周围的银膏体中 泛起了许多裂纹
。效果批注，更快的贴片速率和合 适的贴片深度有利于提高银烧结的毗连质量
。

别的在40~175 ℃、500 h的热循环试验中评估 了差别芯片贴装速率和深度银烧结讨论的高温可靠 性
。当芯片贴装速率较慢时，经由热循环后芯片边 缘区域泛起裂纹扩展，导致剪切强度迅速下降
。当 芯片贴装速率较快时，烧结讨论体现出优异的高温 可靠性
。 

由此可得，只管差别样品的烧结工艺相同， 但芯片贴装条件差别，烧结讨论可靠性保存显著差 异，选取合适工艺条件与参数是实现高质量银烧结 讨论的要害
。 

2.2 金属化层对互连质量的影响 

银烧结互连质量取决于烧结历程中原子间扩散 爆发的界面毗连，通常接纳基板外貌金属化提高连 接质量，差别金属化层基板的烧结质量有所差别
。Chen等[25]研究了Au、Ag和Ni金属化的银烧结毗连结 构的高温可靠性，时效1 000 h后，Au、Ni金属化接 头的芯片剪切强度仅为初始的一半左右，Ag金属化 讨论具有最好的高温可靠性
。 

Ag是在银烧结中常用的镀层，由于银焊膏和镀 Ag层的化学性子和晶格常数相同，因此在烧结历程 中银焊膏更容易与镀Ag层连系，能够获得较大的剪 切强度，在热时效历程中爆发多次再烧结，烧结界 面毗连率转变不大，具有优异的高温可靠性
。 

Ni是常用的低本钱镀层，具有较低的扩散率和反应速率，通常在DBC基板上作为阻挡层减缓原子 间相互扩散，险些可以忽略金属间化合物的形成问 题，故在Ni金属化基板上实现银烧结毗连具有主要 意义，然而Ni在高温下易氧化，使得讨论在高温服 役时剪切强度迅速下降
。Wang等研究了一种在空 气中无压烧结银键合Ni金属化基板的互连要领，将 纳米银颗粒、亚微米银颗粒和微米银颗；煜战 获得了40 MPa以上的剪切强度
。这种强连系是由于 三模态银颗粒细密群集，Ag-Ni界面处有足够的金属键，有助于有机物的剖析和气体的倾轧，有用避免 了Ni的氧化
。 

与其他金属化层相比，Au的高温可靠性较低 且价钱较高，但在电极、Si/SiC晶圆和印刷电路板 （PCB）等电子器件中，Au外貌处置惩罚可以使PCB不 受情形温度和湿度的影响，在多次回流中具有优异 的抗氧化性能，Au金属化是芯片背面和基板的不可 阻止的选择
。因此，在高温应用中实现银烧结毗连 功率？榈腁u外貌加工基板引起了普遍研究，目今 研究主要有两种提高银烧结在Au外貌加工基板上的毗连质量的要领
。 

第一种要领是在烧结前对Au外貌举行预热处 理
。研究批注，与未举行预热的Au金属化组织相 比，在250 ℃预热后烧结讨论剪切强度从15 MPa提 高到25 MPa
。这是由于预热处置惩罚改善了Ni/Au镀层的 微观结构
。图4为Au层未预热和250 ℃预热银烧结接 头界面的扫描电镜（SEM）图像，在未预热时，Au 层扩散至烧结银时爆发单向拉应力，导致Au与Ni的 界面处形成大宗朴陋，在烧结历程中形成Ag-Au固 溶体
。在250 ℃预热后，Au和Ni层界面处未泛起空 洞，Ag-Au固溶体未形成，Au层与烧结银之间的界 面连系优异，由于Cu基板、Ni镀层和Au镀层之间热 膨胀系数保存差别，在预热历程中爆发压缩应力导 致晶粒缺陷消逝
。但预热温度过高时，Ni扩散至Au 外貌天生粗糙的NiO层，阻碍了Au和Ag的连系，导致剪切强度下降
。

第二种要领是增添基板上Au层的初始厚度
。Zhang等[28]比照了差别厚度Au层上银烧结的连系强 度，Au层厚度从0.3 μm增添到0.8 μm时，剪切强度 由14.9 MPa上升至30.6 MPa
。这是由于较厚的Au层通 常具有较大的Au晶粒，从而具有较少的晶界扩散，在界面处可以形成牢靠的连系
。 

2.3 银应力迁徙键合 

Oh C等提出了一种银应力迁徙键合的互连方 法：在基板和芯片上溅射一层Ag薄膜后在250 ℃左右 的温度下烧结，由于热膨胀系数失配爆发了剩余应 力，Ag薄膜中银原子在应力梯度驱动下迁徙，银原 子的扩散导致Ag薄膜上形成小丘
。随着烧结时间的增 加，小丘长大导致异常Ag晶粒生长，使连系界面面积 增大，从而实现Ag膜之间的固相连系，如图5所示
。

已有研究批注，形成小丘应力是实现银应力迁 移键合的驱动力，因此可以通过选用合适的互连材 料实现高强度、长寿命、稳固的银应力迁徙键合
。然而，大应力迁徙是孔洞的泉源，Kunimune T等[30] 在Ag薄膜和基板之间插入热膨胀系数介于基板和Ag 薄膜之间的Pt金属层，松懈了薄膜应力，从而镌汰应 力迁徙，也作为扩散屏障避免基底界面的太过孔洞生长和群集
。 

Chen等研究证实，固体多孔银结构也可以为 应力迁徙机制提供驱动力，使用银的多孔结构来实 现界面连系与山丘生长
。与烧结银膏和银应力迁徙 键合差别的是，固体多孔银的厚度可以控制且不受 限制，且具有更大的键合面积
。图6为制备固体多孔 银结构的工艺流程，制备所得的两个固体多孔银结 构之间的界面实现了连系
。

固体多孔银结构已乐成应用于大面积键合，15 mm× 15 mm的Si芯片在300 ℃烧结获得的剪切强度大于30 MPa， 与应力迁徙键合手艺中获得的剪切强度值相当，且显 著强于古板Sn-Pb焊料，电阻率约为7 μΩ·cm，为 无铅合金焊料的一半
。具有较厚毗连层的固态多孔 银降低了功率？橹械娜扔α，从而提高了却构可靠性
。 

IGBT功率？橄村

为应对能源；蜕樾味窕任侍，天下各国均在鼎力大举生长新能源汽车、高压直流输电等新兴应用，增进了大功率电力电子变流装置的普遍应用
。大功率变流装置的可靠性对这些应用而言十分主要
。装置的可靠性与其焦点器件IGBT亲近相关
。

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。

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