【专利解密】芯源新材料提出基于表面阵列结构的焊盘与纳米银焊料连接方案

【爱集微点评】芯源新材料公开的基于表面阵列结构的焊盘与纳米银焊料的连接方案，通过在焊盘的表面形成微纳米阵列结构，增加了焊盘表面的连接面积以及焊盘与纳米银焊料的连接面积，从而增强了表面的烧结活性。同时，该微纳米阵列结构利用界面机械互锁特性，增强了纳米银与焊盘连接的界面可靠性。

集微网消息，电子封装中的互连技术正在不断向低温化、高力学性能、高可靠性的方向发展。纳米银材料因具有巨大的比表面能，可以在较低的温度下实现互连，成形的纳米银焊点具有与块体银相似的高导热、高强度和高熔点特性。

区别于传统的钎焊技术，纳米银烧结是在固相状态下通过原子扩散迁移发生的，而原子的迁移速率很大程度上依赖于其尺寸效应。纳米银材料与基板间存在着很大的尺度差异，导致纳米银与基板间的连接往往滞后于纳米银本身的互连行为。因此，如何有效地提升纳米银与基板间的连接强度是解决纳米银广泛应用的关键问题。

目前的技术方案为表面镀银或镀金的平面结构焊盘直接与纳米银焊料进行连接，如上图所示。焊盘3表面先进行镀银或镀银的金属化处理，形成银层2，然后将纳米银焊料1涂敷于表面，进行焊点互连。这种方式中，纳米银焊膏由于比表面积大，具有很强的烧结活性，烧结过程中纳米银颗粒将以很快的速度发生烧结形成微米级组织结构。

然而，纳米银与平面焊盘之间的烧结速度远远滞后于纳米银自身的烧结速度，导致纳米银在与焊盘连接时，已经失去了纳米尺寸。因此，会降低烧结活性，使得界面连接速度较慢，难以实现可靠的界面连接。

为了解决上述问题，芯源新材料在2022年8月8日申请了一项名为“一种基于表面阵列结构的焊盘与纳米银焊料的连接方法”的发明专利（申请号：202210943105.5），申请人为深圳芯源新材料有限公司。

在该专利中，公开了一种基于表面阵列结构的焊盘与纳米银焊料的连接方法，旨在提高纳米银与基板的连接面积，进而提升纳米银与基板间的连接强度以及互连焊点可靠性。根据该专利目前公开的相关资料，让我们一起来看看这项技术方案吧。

如上图，为该专利中公开的采用纳米银焊料与基板的连接结构示意图，在焊盘的表面进行激光处理，形成微纳米级阵列结构4，酸洗后，进行镀银或镀金处理形成银层2。而后将纳米银焊料涂敷于纳米级阵列结构的表面，使用超声对纳米银进行阵列结构的填充。

具体的连接方法包括以下步骤：首先，对铜焊盘的表面进行激光处理形成表面阵列结构，激光处理采用激光打标机进行（激光器功率为30W，电流为30A，脉冲频率为20kHz，阵列间距为0.01mm)。在该工艺参数下所获得的焊盘阵列结构的深宽比约为1:1，得到的阵列结构如上图所示。对处理过的表面进行酸洗，酸洗溶液为含量5wt%的盐酸乙醇溶液，然后在表面进行磁控溅射镀银处理。

接着，将尺寸为100nm的纳米银焊料印刷于焊盘表面，对基板表面施加50kHz超声增强焊料对阵列结构的填充。最后，取同样经过表面处理的铜焊盘表贴于焊料上，进行烧结键合，烧结温度200℃，烧结辅助压力为2MPa，烧结时间为5分钟。此外，还需要对样品进行剪切强度测试，剪切强度为80MPa。剪切破坏位置位于焊料内部，为典型的内聚破坏方式。

以上就是芯源新材料公开的基于表面阵列结构的焊盘与纳米银焊料的连接方案，该方案通过在焊盘的表面形成微纳米阵列结构，增加了焊盘表面的连接面积以及焊盘与纳米银焊料的连接面积，从而增强了表面的烧结活性。同时，该微纳米阵列结构利用界面机械互锁特性，增强了纳米银与焊盘连接的界面可靠性。

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（校对/赵月）