对于DBC基板、DBA基板以及底板来说,铜或铝表面在空气中会发生氧化,形成的氧化物薄膜会阻碍与互连材料如烧结银之间的原子扩散和金属键的形成,降低连接强度。为避免基板表面的氧化,提升与互连材料之间的连接强度,需要对基板进行金属镀层处理。低温烧结银镀层要求有哪几点?

1、原子扩散

DBC基板、DBA基板以及底板表面的金属镀层通常具有基板与互连材料之间的热导通、机械连接和电气连接这三个功能。需要形成金属镀层与基板之间的原子扩散,形成原子结合。该连接需要在钎焊或烧结银互连过程中稳定,需要在可靠性测试如温度循环中保持高强度的连接,并且具有较低的界面热阻。

2、润湿性

随着第三代半导体器件向高温、大功率方向的发展,DBC基板、DBA基板以及底板表面的金属镀层需要满足高温可靠性的要求。需要对互连材料具有良好的润湿性,来形成无空洞连接层。金属镀层表面需要避免产生氧化物或氮化物,避免底层的元素扩散到表面造成污染。

3、金属间化合物层、

需要尽量避免产生金属间化合物。金属间化合物一般为脆性,三元金属间化合物比二元金属间化合物更脆,易导致可靠性问题。如不能避免,需要尽量形成较薄的、不连续的金属间化合物层;4、导电和导热性能需要具有尽量低的界面电阻和界面热阻,来保证良好的导电和导热性能。低温烧结银焊膏,具有较高的熔点、热导率、电导率和可靠性,可以应用于耐高温芯片互连。镍作为一种在基板、底板以及印刷电路板等表面常见的金属镀层,镀层成本低,具有良好的耐腐蚀性。

如果可以实现高强度的低温烧结银的互连,可以无需额外的镀金或镀银,大大降低工艺成本,这对于拓展烧结银互连材料和技术具有非常重要的理论和应用价值。需要解决如银焊膏材料的烧结致密度,镀镍基板的表面粗糙度、化学成分、晶体结构和在烧结过程中的氧化问题,银镍固溶度和扩散速率,以及无压烧结工艺曲线(如烧结温度和保温时间)等展开研究。