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。 

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