隨著芯片特征尺寸的持續(xù)減小已逼近物理極限，電子器件的發(fā)展已走到瓶頸，傳統(tǒng)意義上的摩爾定律被“超越摩爾定律”取代。“超越摩爾定律”不再單純地追求更小的線寬和更先進(jìn)的制程，而是試圖從更多的途徑來維護(hù)摩爾定律的發(fā)展趨勢，當(dāng)前已演化到集成電路與封裝融合發(fā)展的新階段，其中高密度三維封裝是融合的核心實(shí)現(xiàn)路徑。

　　在高密度三維封裝的金屬互連中，去除金屬氧化物與保持無氧環(huán)境是實(shí)現(xiàn)金屬冶金級鍵合的前提。金屬互連本質(zhì)是互連金屬表面接近原子間作用力平衡距離時(shí)，宏觀接觸表面產(chǎn)生擴(kuò)散，形成金屬鍵結(jié)合。金屬表面氧化物無疑會阻礙互連金屬的緊密接觸。隨著微節(jié)距結(jié)構(gòu)中的互連點(diǎn)與間隙尺寸已逼近亞微米，物理空間的限制導(dǎo)致涂覆與清洗傳統(tǒng)液態(tài)或半固態(tài)助焊劑難度較高。

　　針對此問題，近日，廣東省科學(xué)院半導(dǎo)體研究所異構(gòu)集成團(tuán)隊(duì)與桂林電子科技大學(xué)等單位加強(qiáng)多地合作，利用甲酸氣氛成功實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的固液鍵合，同時(shí)通過原位觀察發(fā)現(xiàn)了甲酸氣氛保護(hù)下，液態(tài)焊料的潤濕提升現(xiàn)象。通過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與材料分析，發(fā)現(xiàn)了甲酸帶動錫蒸汽遷移的特殊現(xiàn)象（如下圖）。在低于液態(tài)焊料熔點(diǎn)的溫度下，在焊點(diǎn)上成功實(shí)現(xiàn)了冶金級的鍵合，形成了金屬間化合物，繼而提升了錫基焊料的潤濕性。過往許多文獻(xiàn)都提出借助甲酸氣氛來實(shí)現(xiàn)無助焊劑鍵合，然而大部分文獻(xiàn)多在討論其還原反應(yīng)機(jī)制，較少從冶金結(jié)合等觀點(diǎn)來探討此工藝下的材料結(jié)合特性。本研究不僅完善了甲酸氣氛幫助金屬鍵合的冶金機(jī)制，更因?yàn)榈蜏叵乱苯鸺夋I合的發(fā)現(xiàn)，將為低溫鍵合的應(yīng)用場景提供新的方案。

甲酸氣氛下錫蒸汽遷移示意圖

　　該工作得到了廣東重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、廣西自然科學(xué)基金、中國博士后基金及廣東省科學(xué)院打造綜合產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中心行動資金等項(xiàng)目資助，相關(guān)成果發(fā)表在期刊《Journal of Materials Research and Technology》。省科學(xué)院半導(dǎo)體所異構(gòu)集成封裝團(tuán)隊(duì)由國家級人才胡川研究員領(lǐng)銜，長期致力于三維異質(zhì)異構(gòu)集成與柔性電子等相關(guān)研究。團(tuán)隊(duì)成員何思亮博士為論文的第一作者。

（省科學(xué)院半導(dǎo)體研究所/供稿）