《半導體芯科技》雜志文章

田中貴金屬工業株式會社確立了使用金- 金接合用低溫燒結金AuRoFUSE ?的高密度封裝用金（Au）粒子接合技術，以解決半導體進一步微細化和高密度化的問題，為光學器件和數字設備的技術創新做出貢獻。

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

通過本技術可使用預成型AuRoFUSE ?（ 干燥體） 實現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，可用作接合強度足以承受實際應用的金凸點。由于以化學穩定性較優異的金為主要成分，封裝后具有較高的可靠性。

本技術是一種能夠實現半導體配線微細化和多種芯片集成（高密度化）的技術，預計將為LED（發光二極管）和LD（半導體激光器）等光學器件，在個人電腦和智能手機等數字設備上的應用，以及車載零部件等需要高度技術創新的先進技術作出貢獻。

本技術發表于2024 年3 月13—15 日在東京理科大學舉行的“第38 屆電子封裝學會春季演講大會”上。

AuRoFUSE?預制件制作方法

(1) 對接合對象基板作為底層，通過Au/Pt/Ti 進行金屬化處理。

(2) 將光刻膠涂布在金屬化處理后的接合對象的基板上。

(3) 將符合預制件形狀的光掩模版放在接合對象的基板上，進行曝光和顯影，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) 通過加熱臨時燒結后，剝離并清除光刻膠框架。

通過AuRoFUSE?預成型實現較高密度封裝

在封裝半導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，焊料在熔化時會橫向擴展，因此存在電極之間接觸引起短路的問題。此外，采用在實現較高密度封裝的技術開發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。

田中金屬工業作為貴金屬專家，為了實現半導體的較高密度封裝，一直在進行利用AuRoFUSE ?具有多孔質產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。最初，我們的目標是通過作為主流使用方法的點膠法，針式轉印法和絲網印刷法來予以實現，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，通過在接合之前將膏材進行干燥來消除流動性，可抑制橫向擴展，從而實現較高密度封裝（圖1）。

圖1. 預成型的AuRoFUSE?與其他材料的比較

此外，由于多孔質結構容易變形，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，也可以進行接合（圖2）。

圖2. 吸收接合時出現段差的AuRoFUSE?預制件SEM圖像

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審核編輯 黃宇