有压烧结银膏连接层强度不足的技术原因分析

1. 引言

近年来，随着第三代半导体材料如SiC、GaN的应用日益广泛，对于封装互连材料的要求也变得更加严格。传统焊锡由于其较低的工作温度限制和较差的热循环稳定性，逐渐被能够承受更高工作温度且具有良好可靠性的纳米银烧结技术所取代。其中，有压烧结银膏作为一种新兴材料，凭借其低温连接、高温服役的优势，成为了业界研究的重点之一。但是，即使是在优化后的工艺条件下，某些情况下仍然会出现连接层强度不足的问题，这对产品的长期稳定性和安全性构成了挑战。

2. 技术背景与现状

2.1 研铂牌YB1011有压烧结银膏简介

研铂牌YB1011有压烧结银膏是由先进院（深圳）科技有限公司开发的一款高性能互连材料，专为满足大功率模块封装需求设计。该产品采用了独特的配方和技术路线，确保了在较低温度下实现高质量的大面积键合。相较于传统的无压烧结方式，YB1011通过施加适当的压力可以进一步提高银颗粒之间的接触紧密度，从而获得更加致密和平整的连接层结构。此外，它还具有良好的润湿性和较低的电阻率，适用于多种基板材料。

3. 导致连接层强度不足的原因分析

尽管有压烧结银膏具备诸多优点，但在实际操作过程中若不注意控制相关参数，则可能导致最终形成的连接层强度低于预期。以下将从几个方面进行具体分析：

3.1 银颗粒尺寸及形态的影响

研究表明，不同粒径的银颗粒对烧结后接头的力学性能有着显著影响。微米级银颗粒虽然可以在较高温度下形成较强的连接，但过高的温度容易损坏芯片；相反，纳米级银颗粒能够在更低温度条件下完成大面积键合，但如果仅使用单一尺寸的纳米银颗粒，则可能会因为塑性差而导致应力集中，进而引发裂纹等问题。因此，选择合适的颗粒配比至关重要。例如，制备了一种由50 nm和1 μm银颗粒混合而成的高塑性因子复合焊膏，有效改善了烧结层的塑性。而在实际生产中，如果未能严格按照推荐的比例调配银颗粒，则可能导致连接层强度下降。

3.2 工艺参数的选择

除了银颗粒本身的特性外，烧结过程中的工艺参数同样决定了最终连接层的质量。根据文献报道，烧结温度、时间和压力是三个关键因素。过高或过低的温度都会影响银颗粒间的冶金结合效果；同样地，时间过短无法保证充分反应，而时间过长则增加了成本并可能引起其他副作用。至于压力方面，适当的外部加载有助于消除孔洞并促进颗粒融合，但如果压力过大反而会造成损伤。因此，在使用YB1011时必须准确调控这些参数以确保更佳性能。

3.3 接触界面的状态

另一个不可忽视的因素是待连接表面的状态。任何残留物或者氧化层都可能阻碍银颗粒与基材之间的直接接触，降低粘附力。特别是在处理铜基板时，由于Cu易于氧化，所以在烧结前通常需要采取措施如通入氮气作为保护气体来防止这种情况发生。此外，基材表面粗糙度也会对接头质量产生影响，过于光滑或粗糙都不利于形成牢固的连接。

3.4 复合材料的作用

为了克服纯银烧结存在的缺陷，近年来出现了添加其他成分制成复合材料的趋势。例如，利用Ag包覆SiC颗粒部分替代纳米银颗粒，成功提高了热导率；Yu等则在纳米银颗粒上化学镀Sn，增强了剪切强度并降低了电阻率。不过值得注意的是，当引入额外物质时，需谨慎考虑它们是否会对原有体系造成不利影响。例如，过多的SiC添加量反而会恶化烧结接头的力学性能。因此，在选用YB1011有压烧结银膏或其他类似产品时，应根据具体应用场景合理调整配方比例。

4. 改进建议

针对上述问题，可以从以下几个方面着手改进：

• 优化银颗粒组合：基于目标应用选择最适宜的银颗粒尺寸和形状，必要时采用多尺度复合策略。

• 精细调节工艺条件：通过实验确定更优的烧结温度、时间和压力组合，确保既能达到理想的连接效果又能避免不必要的损害。

• 加强表面预处理：确保所有参与连接的表面干净无污染，并适当调整表面特性以利于良好粘附。

• 探索新材料组合：持续关注行业内关于新型复合材料的研究进展，适时引入有益于提升连接层强度的新元素。

综上所述，通过对有压烧结银膏连接层强度不足背后的技术原因进行系统剖析，我们不仅可以更好地理解现有材料和工艺的局限性，也为未来研发更先进的互连解决方案提供了理论依据。先进院（深圳）科技有限公司将继续致力于这一领域的探索，力求为客户提供更为可靠的产品和服务。

以上数据仅供参考，具体性能可能因生产工艺和产品规格而有所差异。