第三代半导体互连材料与低温烧结纳米铜材的研究进展
柯鑫, 谢炳卿, 王忠, 张敬国, 王建伟, 李占荣, 贺会军, 汪礼敏
无机材料学报
2024, 39 ( 1):
17-31.
DOI:10.15541/jim20230345
半导体材料是现代科技发展和产业革新的核心, 随着高频、高压、高温、高功率等工况的日趋严峻及“双碳”目标的需要, 以新型碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等为代表的第三代半导体材料逐步进入工业应用。半导体产业的贯通以及市场规模的快速扩大, 导致摩尔定律正逐渐达到极限, 先进封装互连将成为半导体行业关注的焦点。第三代半导体封装互连材料有高温焊料、瞬态液相键合材料、导电胶、低温烧结纳米Ag/Cu等几个发展方向, 其中纳米Cu因其优异的导电导热性、低温烧结特性和良好的可加工性成为一种封装互连的新型方案, 具有低成本、高可靠性和可扩展性, 近年来从材料研究向产业链终端应用贯通的趋势非常明显。本文首先介绍了半导体材料的发展概况并总结了第三代半导体封装互连材料类别; 然后结合近期研究成果进一步围绕纳米Cu低温烧结在封装互连等电子领域中的应用进行重点阐述, 主要包括纳米铜粉的粒度、形貌、表面处理和烧结工艺对纳米铜烧结体导电性能和剪切性能的影响; 最后总结了目前纳米铜在应用转化中面临的困境和亟待解决的难点, 并展望了未来的发展方向, 以期为低温烧结纳米铜领域的研究提供参考。
View image in article
图10
铜纳米颗粒表层氧化对烧结性能的影响示意图[94]
正文中引用本图/表的段落
对纳米铜表面处理后的烧结性能也进行了一系列研究。 韩国研究人员针对纳米铜颗粒表层氧化物对烧结性能的影响开展研究(图10)[94], 发现氧化物壳层会阻碍烧结颈形成, 使孔隙增大, 致密化程度下降。随着氧化物壳层厚度的减小, 烧结电阻率显著降低。Bhogaraju等[95]利用聚乙二醇对铜氧化物的还原作用和防止结块的特性作为黏结剂, 用HCl在黄铜片选择性蚀刻锌进行表面修饰, 之后在275 ℃, 10 MPa, N2气氛中烧结30 min, 剪切强度达到50 MPa, 并观察到密集的块状到海绵状微观结构的形态转变。
对纳米铜表面处理后的烧结性能也进行了一系列研究. 韩国研究人员针对纳米铜颗粒表层氧化物对烧结性能的影响开展研究( 图10)[ 94], 发现氧化物壳层会阻碍烧结颈形成, 使孔隙增大, 致密化程度下降.随着氧化物壳层厚度的减小, 烧结电阻率显著降低.Bhogaraju等[ 95]利用聚乙二醇对铜氧化物的还原作用和防止结块的特性作为黏结剂, 用HCl在黄铜片选择性蚀刻锌进行表面修饰, 之后在275 ℃, 10 MPa, N 2气氛中烧结30 min, 剪切强度达到50 MPa, 并观察到密集的块状到海绵状微观结构的形态转变. ...
对纳米铜表面处理后的烧结性能也进行了一系列研究. 韩国研究人员针对纳米铜颗粒表层氧化物对烧结性能的影响开展研究( 图10)[ 94], 发现氧化物壳层会阻碍烧结颈形成, 使孔隙增大, 致密化程度下降.随着氧化物壳层厚度的减小, 烧结电阻率显著降低.Bhogaraju等[ 95]利用聚乙二醇对铜氧化物的还原作用和防止结块的特性作为黏结剂, 用HCl在黄铜片选择性蚀刻锌进行表面修饰, 之后在275 ℃, 10 MPa, N 2气氛中烧结30 min, 剪切强度达到50 MPa, 并观察到密集的块状到海绵状微观结构的形态转变. ...
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... Controlling the thickness of the surface oxide layer on Cu nanoparticles for the fabrication of conductive structures by ink-jet printing 3 2008 ... 对纳米铜表面处理后的烧结性能也进行了一系列研究. 韩国研究人员针对纳米铜颗粒表层氧化物对烧结性能的影响开展研究(图10)[94], 发现氧化物壳层会阻碍烧结颈形成, 使孔隙增大, 致密化程度下降.随着氧化物壳层厚度的减小, 烧结电阻率显著降低.Bhogaraju等[95]利用聚乙二醇对铜氧化物的还原作用和防止结块的特性作为黏结剂, 用HCl在黄铜片选择性蚀刻锌进行表面修饰, 之后在275 ℃, 10 MPa, N2气氛中烧结30 min, 剪切强度达到50 MPa, 并观察到密集的块状到海绵状微观结构的形态转变. ...
(a) With CuO outer layer; (b) No CuO outer layer ... Novel approach to copper sintering using surface enhanced brass micro flakes for microelectronics packaging 2 2020 ... 对纳米铜表面处理后的烧结性能也进行了一系列研究. 韩国研究人员针对纳米铜颗粒表层氧化物对烧结性能的影响开展研究(图10)[94], 发现氧化物壳层会阻碍烧结颈形成, 使孔隙增大, 致密化程度下降.随着氧化物壳层厚度的减小, 烧结电阻率显著降低.Bhogaraju等[95]利用聚乙二醇对铜氧化物的还原作用和防止结块的特性作为黏结剂, 用HCl在黄铜片选择性蚀刻锌进行表面修饰, 之后在275 ℃, 10 MPa, N2气氛中烧结30 min, 剪切强度达到50 MPa, 并观察到密集的块状到海绵状微观结构的形态转变. ...
本文的其它图/表
|
