摘要：隨著摩爾定律趨于失效，3D封裝和大功率器件的普及，具有較強(qiáng)散熱能力的陶瓷基板、硅基板必將加速推廣，由此引發(fā)更多的異質(zhì)材料互連問題。綜述了電子封裝領(lǐng)域常用金屬與金屬，陶瓷與金屬等異材互連研究進(jìn)展，指出實(shí)現(xiàn)免熱沉陶瓷與金屬直接低溫封接迫在眉睫，焊料更多的添加貴金屬及稀有活性金屬、焊料尺寸從傳統(tǒng)塊狀或大尺寸顆粒向具有較強(qiáng)活性的納米線或納米顆粒轉(zhuǎn)變，封裝技術(shù)從傳統(tǒng)的回流焊、壓焊向飛秒激光、激光局部加熱等大功率密度、局部熱源及復(fù)合熱源方向轉(zhuǎn)變，封裝可靠性從傳統(tǒng)的熱老化、熱循環(huán)、熱沖擊向極端溫度、極端溫度梯度、快速溫度轉(zhuǎn)換、多場協(xié)同作用下的可靠性方向轉(zhuǎn)變。

　　關(guān)鍵詞：電子封裝;異種金屬;陶瓷與金屬;直接低溫封接

　　隨著現(xiàn)代電子行業(yè)的迅猛發(fā)展，電子元器件逐步由最開始的小規(guī)模、中規(guī)模向著大規(guī)模和超大規(guī)模方向發(fā)展，與之相伴的電子封裝行業(yè)也正蓬勃發(fā)展。為了適應(yīng)半導(dǎo)體行業(yè)高速度、高密度、低成本、高效率的發(fā)展要求，傳統(tǒng)的金屬與金屬的互連已然無法滿足。為了適應(yīng)新的封裝需求，即材料的密度小、導(dǎo)熱率高、強(qiáng)度高同時(shí)，價(jià)格要較為低廉，陶瓷材料的各項(xiàng)性能較為符合要求，因而近年來市場份額正在逐年加大[13]。

　　在電子封裝領(lǐng)域，常見的互連形式有一級(jí)封裝的芯片與基板的引線鍵合、倒裝焊，二級(jí)封裝的元器件與基板的回流焊和波峰焊等等;涉及到的互連母材主要有覆銅板(及其各類UBM)、鋁電極、Al和SiC各類陶瓷基板材料;用到的互連材料主要有金絲、銀絲、鋁絲及銅絲各類引線，焊料、焊膏、焊絲、助焊劑等各種軟釬焊材料，玻璃及各類活性釬料及其涂層[46]。本文主要綜述了金屬與金屬之間的互連、金屬與陶瓷之間的互連，簡要介紹了陶瓷和塑料、金屬與塑料、陶瓷和玻璃的封接。

　　1電子封裝異質(zhì)材料連接研究進(jìn)展

　　1.1異質(zhì)金屬互連的研究

　　2018年全球IC封裝材料規(guī)模達(dá)到200億美元，其中鍵合絲占15%，約為30億美元。全球IC鍵合絲市場穩(wěn)步增長，預(yù)計(jì)2022年將達(dá)40億美元[7]。目前鍵合絲產(chǎn)值占半導(dǎo)體封裝材料總產(chǎn)值的2125%，產(chǎn)量維持在20噸以上，以此估算2019年我國鍵合絲市場規(guī)模約為12.6億15億美元[8]。全球鍵合絲產(chǎn)品市場方面，金絲在全球鍵合絲的商場中的份額為36%，占比最大。

　　由于金價(jià)的上漲，以及5G技術(shù)對(duì)于高密度，大功率，高溫服役及高速鍵合等工藝性能的要求，傳統(tǒng)的金絲已經(jīng)無法滿足，金絲在許多半導(dǎo)體應(yīng)用中已被銀絲(銀合金絲、鍍層銀絲)、銅線(裸銅絲及鍍鈀銅絲)所取代，銅絲和銀絲的市場份額逐漸加大[911]。鍵合絲是一種具有優(yōu)良導(dǎo)電性的金屬細(xì)絲，其作用是將內(nèi)部芯片與外部管腳穩(wěn)定、可靠的連接在一起[1213]。傳統(tǒng)的鍵合絲有金、銀及銅絲，但是單一元素的鍵合絲由于其自身物化性質(zhì)的原因，都有著各自無法避免的缺陷，使得其自身的使用范圍受到一定的限制，無法適應(yīng)當(dāng)今高速度、高密度、高穩(wěn)定性的鍵合要求[1415]。

　　金絲具有良好的熱電性能、適宜的弧度、良好的穩(wěn)定性及成熟的工藝體系，美中不足的是其耐熱性較差、再結(jié)晶溫度較低(僅為150℃)、高溫性能較差(AuAl(紫斑)、AuAl(白斑)等缺陷)、價(jià)格昂貴等，難以適應(yīng)高溫服役的要求。銅絲由于電阻率較低、強(qiáng)度較高、導(dǎo)熱導(dǎo)電較Au相比要高20%，且高溫性能較好(IMC生長速率較慢)，而得到推廣[1618]。

　　熱電性能、晶體結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能等方面比較發(fā)現(xiàn)，Zn、Ni、Fe、Mg、Be、Ag元素與Cu組成的合金導(dǎo)電性較為理想，Si、Zn、Mg、Be、Ag、Al元素與Cu組成的合金力學(xué)性能較為理想[19]。為解決單晶銅絲儲(chǔ)存時(shí)間短，容易被氧化等問題，采用20μm單晶銅絲為原料進(jìn)行浸鍍，獲得高質(zhì)量納米鈀鍍層的單晶銅絲，具有比使用電鍍技術(shù)獲得的鍍鈀銅絲更加光滑、質(zhì)量較好的表面[20]。鍵合力和超聲功率需要保持在較小數(shù)值，以減少焊盤的應(yīng)力和焊盤的磨損，改善工藝窗口，提高鍵合質(zhì)量[21]。

　　研究發(fā)現(xiàn)，在較高的加熱溫度下，激光加熱對(duì)試樣剪切強(qiáng)度的影響并不顯著;當(dāng)加熱溫度為40℃時(shí)，不同激光加熱功率的鍵合強(qiáng)度差異最大，即便是最低純度的銅絲在最高激光功率時(shí)整體的鍵合強(qiáng)度依舊較為理想[22]。雖然銅絲相對(duì)于金絲在價(jià)格及使用性能上有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但是銅絲存在不宜長時(shí)間儲(chǔ)存、硬度較大(鍵合時(shí)容易損傷焊盤)、工藝窗口較窄及容易氧化(需要在95%N+5%H保護(hù)鍵合)等問題。銀絲具有最高的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能、與Au相近的弧度及強(qiáng)度、成本價(jià)格遠(yuǎn)低于金絲，快速成為當(dāng)今熱點(diǎn)的鍵合材料，其所占的市場份額也在逐年提升[2324]。

　　在純銀中加入0.05wt%的鑭元，制成AgLa合金鍵合絲，在325~425℃退火30分鐘后均為等軸晶組織;鑭元素的加入，合金鍵合絲的強(qiáng)度有所提升，同時(shí)降低了FAB的直徑;等軸晶組織會(huì)隨著電流持續(xù)時(shí)間的增加而變的粗大，其強(qiáng)度由于固溶強(qiáng)化不會(huì)發(fā)生太大的變化[25]。在+5%H的保護(hù)氣氛中，17.5μmAg8Au3Pd合金鍵合絲與Al焊盤超聲熱壓鍵合，150℃持續(xù)20秒后合金鍵合絲與鋁焊盤之間有兩個(gè)明顯AuAl+(Au,Ag)Al層和AgAl層;AgAl起到了阻擋層的作用，使得Au原子向Al中的擴(kuò)散速度大大減慢，減慢了AuAlIMC層的生長速度，提高了材料的使用性能[26]。Ag1Au、Ag3Au、Ag5Au種合金鍵合絲的熔點(diǎn)、球拉力、球剪切力、頸部斷裂的比例及可靠性(冷熱沖擊)等均隨著Au含量的提高顯著提高，含5%Au的合金鍵合絲的FAB形貌最為理想[27]。

　　直徑為1.5mm金包銀鍵合絲在500℃進(jìn)行0.5的熱處理，而后繼續(xù)拉拔至20μm的直徑，并在500℃下進(jìn)行50m/min的連續(xù)退火處理獲得彌散分布的細(xì)小等軸晶[28]。55℃下采用非氰化金電鍍液以1Adm的電流密度在直徑為25μm的純銀(2N純度線表面電鍍獲得88nm厚的金包銀鍵合絲，鍵合絲中金含量大概為2.5wt%;550℃退火后其組織均勻，力學(xué)性能穩(wěn)定，比純銀鍵合絲更加優(yōu)良的耐蝕性及抗氧化性[29]。

　　采用二甲基亞砜溶液中加入10g/LAu(PPh)Cl和15g/LNHCl制得無氰電鍍液，在60℃下以0.25A/dm的電流密度電鍍0.51.0小時(shí)獲得金鍍層耐蝕性好，鍍層結(jié)合力強(qiáng)，鍍層微觀組織細(xì)致;該電鍍工藝無毒無害，鍍液經(jīng)濟(jì)環(huán)保，鍍層物化性質(zhì)穩(wěn)定，具有極高的發(fā)展前景[30]。某科技研發(fā)公司[3132]研制了清潔型鍍金新材料丙爾金(一水合檸檬酸一鉀二丙二腈合金Ⅰ)]，其分子式為：KAuC111，簡稱丙爾金)，不僅可以提高合格率(約提升15%左右)，還可以降低生產(chǎn)成本(原料成本及廢水處理成本)，最重要的是丙爾金材料是無毒的，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

　　研究人員采用線徑25μm的Ag10Au3.6Pd合金絲鍵合，隨著電流不斷增大，在EFO時(shí)間不變的情況下Ag10Au3.6Pd合金鍵合絲的FAB由尖狀轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓形，再趨于為完美形狀，最后轉(zhuǎn)變?yōu)楦郀柗蚯蛐螤?當(dāng)EFO的電流保持不變時(shí)，隨著時(shí)間的延長FAB球由最開始的小球，逐漸變大并趨于完美的球狀，最終變成高爾夫球狀，且在電流為0.030A時(shí)，EFO時(shí)間為0.8ms的FAB的幾何形狀最為理想;當(dāng)鍵合功率為70mW，鍵合力為0.60N時(shí)，球形鍵合強(qiáng)度符合鍵合要求;當(dāng)鍵合功率為95mW，鍵合力為0.85N時(shí)，楔形鍵合強(qiáng)度達(dá)到理想水平[33]。

　　隨著燒球電流及時(shí)間的增大，F(xiàn)AB球的直徑也正在逐步增大，當(dāng)使用18mA~1.0ms的鍵合工藝時(shí)，所得到的球出現(xiàn)了粗大的晶粒并在頸部靠近球的位置出現(xiàn)明顯的裂紋，23mA0.6ms時(shí)的綜合力學(xué)性能最好，故采用高電流短時(shí)間的鍵合工藝更容易獲得較高的鍵合質(zhì)量，如圖[34]。研究表明，In、Sn、Sb、Bi元素與Ag組成二元合金時(shí)會(huì)減弱合金的表面張力，Au、Cu、Pd、Ni、元素與Ag組成二元合金時(shí)則會(huì)提升合金的表面張力，當(dāng)Ce元素含量較高時(shí)合金的表面張力降低，含量較少時(shí)合金的表面張力升高[35]。

　　Au、Pt、Pd等會(huì)與Ag基體形成固溶體，使晶界的電壓下降，從而抑制了電化學(xué)腐蝕的速度，提高合金鍵合絲的耐蝕性;而Rh、Cu、In、Ce等元素可以抑制銀鍵合絲與鋁焊盤之間形成的IMC，還可以細(xì)化晶粒提高鍵合絲的力學(xué)性能，提高合金絲的可靠性;Al、Ti元素則可以在鍵合絲表面形成致密的氧化膜，提高合金鍵合絲的抗氧化性能及耐蝕性能;Si、Zn、Sn、Be降低了Ag基體中的氧含量，使得鍵合絲的力學(xué)性能獲得一定的提升;所加元素占比例較少，既能提高鍵合絲的可靠性，又能控制生產(chǎn)成本[36]。

　　對(duì)Ag5Pd3.5Au，Ag3Pd8Au和Ag3Pd20Au三元合金鍵合絲進(jìn)行可靠性測(cè)試發(fā)現(xiàn)Ag3Pd20Au可靠性最佳，綜合使用性能最好，適合作為LED的鍵合材料[37]。PCT測(cè)試發(fā)現(xiàn)，Ag絲在96h內(nèi)保持的極佳的穩(wěn)定性，隨著測(cè)試時(shí)間的延長其鍵合能力在不斷的下降;隨著Pd元素含量的提升減緩了鍵合能力的下降，但低電位的Pd元素會(huì)在Ag表面形成PbO作為阻擋層，減弱Ag絲與Al焊盤界面處的腐蝕速率[38]。

　　不同Pd含量的合金絲的鍵合試樣進(jìn)行HTST和PCT測(cè)試發(fā)現(xiàn)，鍵合絲與鋁焊盤之間會(huì)形成(AgPd)Al、(AgPd)Al及(AgPd)Al三種IMC，Pd含量較低時(shí)形成的是(AgPd)Al，含量較高時(shí)形成的是(AgPd)Al;Pd含量低于3.5%時(shí)，抑制AgPd/Al界面IMC的形成，Pd含量超過3.5%時(shí)促進(jìn)AgPd/Al界面IMC的形成，含量在3.5%左右時(shí)合金絲的可靠性最好[39]。

　　現(xiàn)如今單一元素的純金屬鍵合絲已然無法滿足電子封裝的要求，因此合金鍵合絲和鍍層鍵合絲的研發(fā)與應(yīng)用已是必然趨勢(shì)。基于生產(chǎn)成本、鍵合質(zhì)量、鍵合效率等因素的綜合考慮，銀鍵合絲因擁有良好的熱電性能、良好的塑韌性，可以很好的適應(yīng)高功率、高密度的高速鍵合要求而廣受研究者們的關(guān)注;對(duì)于鍍層鍵合絲而言，鍍層的元素顯得尤為重要，既要與基體的結(jié)合力強(qiáng)，又不能與焊盤產(chǎn)生有害的IMC，同時(shí)鍍液還要避免產(chǎn)生有毒有害的物質(zhì)，綜合這些技術(shù)要求，Au及Pd元素成為研究者們的研究重點(diǎn);對(duì)于鍵合工藝而言，超聲熱壓鍵合綜合了熱壓鍵合與超聲鍵合的優(yōu)勢(shì)，可以在高速鍵合時(shí)保證鍵合質(zhì)量，同時(shí)大大降低鍵合溫度，并在一定程度上提高鍵合質(zhì)量，因而深受廣大技術(shù)人員的青睞。

　　金屬與陶瓷異材互連的研究隨著元器件封裝逐步向著大功率、高集成、微型化、輕量化方向發(fā)展，可靠性及散熱效率逐步成為研究重點(diǎn)。為了保證高溫下的可靠性，對(duì)于封裝材料的線膨脹系數(shù)及高溫穩(wěn)定性都提出了新的要求，此外還具有高致密度、高硬度、高強(qiáng)度、抗氧化性、耐蝕性、電絕緣性及介電系數(shù)較小等特點(diǎn)。陶瓷材料由于其獨(dú)特的物化性能成為研究者們關(guān)注的重點(diǎn)。當(dāng)使用陶瓷材料作為母材時(shí)，其與金屬材料的互連問題不可避免的。

　　針對(duì)于此，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)氧化鋁陶瓷金屬、氧化鋯陶瓷金屬及碳化硅陶瓷金屬互連展開了一系列研究 。Al陶瓷價(jià)格較為低廉，與金屬的附著力較好，耐熱沖擊性和電絕緣性較好，且由于其生產(chǎn)工藝較為成熟，所以應(yīng)用較為廣泛，在陶瓷基片市場中約占90%的份額[4。AgCu3.5Ti合金對(duì)氧化鋁和金剛石薄膜(金剛石銅復(fù)合材料)具有良好的潤濕性，在兩種基體上的平衡接觸角均小于5°，與氧化鋁和金剛石顆粒發(fā)生反應(yīng)形成TiC和Ti(Cu,Al)，接頭的最大剪切強(qiáng)度為117MPa。AgCuTi釬料填充藍(lán)寶石可伐合金焊縫于850℃保溫10min后爐冷，接頭在772周期的冷熱沖擊(液氮溫度60℃)后藍(lán)寶石界面處未出現(xiàn)裂紋等明顯缺陷，在105℃保溫180天后依舊保持良好的氣密性[4。

　　Sn0.3Ag0.7Cu4%Ti釬料涂覆在Al陶瓷表面，在900℃下真空爐中保溫30min進(jìn)行金屬化，再與Cu在600℃下保溫5min，從銅側(cè)到陶瓷側(cè)的組織依次為CuSn(Ⅰ區(qū)、CuSnⅡ區(qū)、Sn(s，s)+TiSnⅢ區(qū)50。采用CuSnTiNi活性粉末釬料，920℃下保溫10min實(shí)現(xiàn)Al陶瓷與可伐合金的互連，接頭的最大剪切強(qiáng)度達(dá)102.86MPa，陶瓷側(cè)生成CuTiO和AlTi相，焊料層則主要由Cu(s,s)、NiTi及TiFe相組成[5。在870℃，保溫5min的工藝條件下，使用低活性釬料AgCuSnInTiNi實(shí)現(xiàn)95%Al陶瓷與可伐合金4J33的互連，其接頭強(qiáng)度可達(dá)107MPa;隨著Ti含量的增加，釬料的流動(dòng)性得到增強(qiáng)，鋪展性變好，釬著率提高，IMC增多;焊縫中主要存在Ag、Cu、CuTi及AgTi化合物，合金側(cè)界面會(huì)產(chǎn)生FeTi和Ni化合物，陶瓷側(cè)界面則會(huì)產(chǎn)生TiCu、TiO、TiAl反應(yīng)層[5。

　　采用AgCu28共晶釬料和可伐合金片組成的釬料體系對(duì)Al陶瓷(先將其表面金屬化而后再在其上鍍Ni)和CPC復(fù)合材料(Cu/70%Mo+30%Cu/Cu結(jié)構(gòu))進(jìn)行互連，可伐合金層的加入減小了殘余應(yīng)力，使CPC母材的變形量有所降低(約減少50%左右)，合金中間層的兩側(cè)出現(xiàn)銅鎳固溶體層，陶瓷側(cè)界面的銅基固溶體變少[5。Al陶瓷表面Ti+Nb/Mo金屬化后，使用AgCu28釬料將其與Kovar合金在840℃保溫10min，釬料中的銅元素通過擴(kuò)散進(jìn)入到可伐合金之中，與此同時(shí)可伐合金中的鎳元素也通過擴(kuò)散作用進(jìn)入到釬料中的富銅區(qū);陶瓷側(cè)界面的鈮元素具有抑制脆性化合物的形成，減緩部分殘余應(yīng)力;氧化鋁陶瓷表面鍍鎳后，焊縫變得較寬且銀銅共晶區(qū)較為明顯，強(qiáng)度也有所提高[5。

　　采用AlSi絲狀釬料，600℃高頻感應(yīng)釬焊Al陶瓷與5005鋁合金，陶瓷側(cè)組織為呈彌散分布的AlSi過共晶組織，5005鋁合金側(cè)則為滲入了αAl晶粒間的AlCuAg低熔共晶組織組成，接頭的最大剪切強(qiáng)度為52MPa(620℃時(shí))。采用MoMn法工藝在Al陶瓷形成鉬層純Ni層，在1164℃真空下7.5MPa施壓30min完成與Ni片互連，接頭組織致密均勻，沒有焊接缺陷，最大剪切強(qiáng)度為106.5MPa[5。Al陶瓷與可伐合金互連所使用的部分釬料及各釬料所對(duì)應(yīng)的工藝參數(shù)。

　　氧化鋯陶瓷具有密度低、強(qiáng)度高、硬度大、膨脹系數(shù)較小以及耐磨性好、耐蝕性好、隔熱能力強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)良特性，一般用于制作電子管、光纖連接插頭、計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)組件、密封件、氧傳感器、WHD電極等構(gòu)件[5。在850℃，保溫5min的條件下采用BAg72Cu釬料實(shí)現(xiàn)Pt基金屬化的氧化鋯(YSZ)陶瓷與Kovar合金的互連，接頭沒有缺陷和裂紋，剪切強(qiáng)度為75MPa;合金界面處主要為富Cu相，焊縫處主要為AgCu共晶組織，金屬化層與釬料界面處為富Ag相，金屬化層為富Pt相及PtCuAg[5。

　　在1040℃，采用Au95CuPt合金釬料保溫20min實(shí)現(xiàn)PtMn金屬化的釔摻雜氧化鋯陶瓷(5YSZ)與Kovar4J28合金的互連，接頭的剪切強(qiáng)度可達(dá)85MPa，密封器件在壓力差為60kPa保壓1.0min時(shí)，依舊擁有良好的氣密性[5。在真空條件下，將Ni/ZrO放置在真空爐中的石墨電極上，保持爐內(nèi)壓力約5×10−Pa，以20K/min的速度加熱至1373K，并保溫5min實(shí)現(xiàn)了摻釔ZrO和Ni快速連接60。

　　采用SAC305釬料，于真空爐內(nèi)使石墨電極上極與ZrO陶瓷接觸，下極與金屬Ni接觸，待真空爐加熱至反應(yīng)溫度后通電，反應(yīng)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫即得到ZrO陶瓷/SAC305/Ni接頭[6。將ZrO陶瓷或是ZrO復(fù)合陶瓷的成坯滲碳發(fā)黑處理，在真空加熱爐中將Ni基合金發(fā)黑處理的ZrO陶瓷(ZrO復(fù)合陶瓷)以10℃/min的加熱速度升溫至920950℃，保溫15min實(shí)現(xiàn)與Ni基合金的互連[6。

　　1073K時(shí)，采用10mA電流通電10min可實(shí)現(xiàn)Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/ZrO陶瓷的互連，973K時(shí)采用10mA電流30min后以5K/min的速度冷卻，形成Ni/Sn49.9Ag19.6Cu/ZrO接頭，兩種接頭的剪切強(qiáng)度分別為43±4MPa，147±9MPa;SnAgCu/ZrO的反應(yīng)界面為ZrSn相，Sn49.9Ag19.6Cu/ZrO界面則為ZrSnCu相[6。

　　在大氣環(huán)境中，350℃下采用Sn4Al0.7Cu活性釬料和超聲將ZrO陶瓷分別與Al、Cu及Ni金屬進(jìn)行連接，在ZrO/Sn及Al/Sn界面處出現(xiàn)非晶狀態(tài)的Al相(厚度分別為8nm，12nm);母材為金屬Al時(shí)，Al/Sn界面析出了αA1;當(dāng)母材為金屬Cu時(shí)，金屬側(cè)析出了CuSn相(2μm厚)及呈彌散分布的CuSn相(10μm);當(dāng)母材為金屬Ni時(shí)，金屬側(cè)析出了呈彌散分布的NiSn(2μm)[6。Cu、Ti、Ag及In粉末按一定比例混合經(jīng)熔煉后制成合金粉末，加入有機(jī)溶劑及純水后混合制得銀基合金焊膏，750℃保溫15min成功實(shí)現(xiàn)ZrO陶瓷與Cu板等之間的互連[6。

　　SiC陶瓷擁有良好的導(dǎo)熱率(約為Al的13倍)，且熱膨脹系數(shù)較低，電絕緣性較好，但介電系數(shù)較高、抗壓性較差，限制了其在高密度封裝中的應(yīng)用，主要應(yīng)用于集成電路、激光二極管、及導(dǎo)電性結(jié)構(gòu)件[6。采用Ti32Ni焊料和瞬時(shí)液相擴(kuò)散焊，1050℃保溫l0min時(shí)ZrCSiC復(fù)合陶瓷與Nb金屬接頭剪切強(qiáng)度高達(dá)141MPa，添加100μm的Mo后ZrCSiC/TiNi/Mo/TiNi/Nb接頭剪切強(qiáng)度提高至166MPa(增幅達(dá)18%)[6。將納米厚度的鈦箔與鋁箔依次疊加形成金屬帶作為中間焊料層，真空擴(kuò)散焊或熱壓燒結(jié)(真空氬氣)的方式就能將碳化硅陶瓷(碳化硅復(fù)合陶瓷)與鈮合金、鉬合金、鈦鋁合金及鈦鋁鈮系合金在高溫高壓下進(jìn)行互連，所得接頭的力學(xué)性能良好，組織均勻致密[6。

　　在Ag27.3Cu2.5Ti釬焊FeNi42/SiC接頭中，溶解的Fe和Ni元素優(yōu)先與SiC基體反應(yīng)，SiC基體隨釬焊溫度的升高而溶解，形成FeNiSi化合物和石墨，接頭的力學(xué)性能減弱;在Ag27.3Cu4.5Ti釬焊FeNi42/SiC接頭中，溫度的升高，與SiC陶瓷反應(yīng)的元素由Ti轉(zhuǎn)變?yōu)镕e和Ni，形成了FeNiTi化合物，如圖11[6。采用高熔點(diǎn)雙金屬(Fe層及Ni層)和雙激光束部分瞬間液相法實(shí)現(xiàn)陶瓷(SiC、Si等)與金屬的互連，局部加熱不會(huì)改變材料的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)，接頭具有一定的耐高溫性能，高溫服役過程中不易失效70。采用激光在鎳基合金表面熔覆SiC粉末，熱處理后采用常規(guī)釬焊將鎳基金屬與碳化硅陶瓷進(jìn)行互連，所得接頭的成分均勻、力學(xué)性能優(yōu)異、殘余應(yīng)力較小[7。

　　采用放電等離子技術(shù)連接形成碳化硅陶瓷/Si中間層金屬鎢的結(jié)構(gòu)，界面處出現(xiàn)WCX及Si，含量30%W、50%W及70%W的中間層均可以實(shí)現(xiàn)有效的連接，1400℃時(shí)接頭的連接強(qiáng)度最高[7。減小SiC陶瓷自身的孔徑，有利于減緩高溫Al液對(duì)于SiC陶瓷的腐蝕速率，SiC陶瓷的臨界孔徑則取決于Al液的表面張力、潤濕角及外界施加的壓力，而潤濕角的大小則是由Al液的溫度及成分控制[7。

　　綜上所述針對(duì)氧化鋁陶瓷金屬、氧化鋯陶瓷金屬及碳化硅陶瓷金屬的互連除傳統(tǒng)的活性釬焊技術(shù)外，研究者們又開發(fā)了電化學(xué)驅(qū)動(dòng)連接、超聲攪拌釬焊、真空擴(kuò)散焊、瞬時(shí)液相擴(kuò)散等技術(shù)用于陶瓷與金屬的互連，這些技術(shù)都是在活性釬焊的基礎(chǔ)上為了適應(yīng)新的需求而開發(fā)出來的，既提高了生產(chǎn)效率又保證了焊接質(zhì)量。基于陶瓷的高熔點(diǎn)、高硬度，金屬與陶瓷的封接必然存在高的焊接溫度和高的焊接殘余應(yīng)力等問題，如何降低焊接溫度和提高封裝可靠性是陶瓷與金屬封接的關(guān)鍵問題。

　　2展望

　　隨著電子元器件逐步向小型化、精密化、高速化、高可靠性方向發(fā)展，以及大功率電子元器件的使用量逐步加大，快速散熱及極端溫度下可靠性已成為封裝的關(guān)鍵問題。單一材料很難滿足新的應(yīng)用需求，這就要求發(fā)揮各自材料的性能優(yōu)勢(shì)、盡可能的規(guī)避自身不足、最大程度上的控制成本節(jié)約材料，在保證互連質(zhì)量的前提下做到物盡其用，異材的使用比重逐漸增加。然而，異材就意味著不同的物化性質(zhì)、不同的組織結(jié)構(gòu)及不同的使用條件，研究者要綜合各項(xiàng)條件，使用合理的互連技術(shù)、設(shè)定適宜的工藝參數(shù)、選用合適的中間層材料(焊料)。

　　有較強(qiáng)散熱能力的SiC、Al、ZrO等陶瓷基板、硅基板必將得到進(jìn)一步推廣。基于封裝高度和工藝成本的考慮，基板免熱沉將成為必然要求，特別是5G對(duì)電子器件提出―低溫連接、高溫服役‖新要求的今天，將免熱沉陶瓷與免熱沉陶瓷，免熱沉陶瓷和金屬實(shí)現(xiàn)直接低溫互連將成為主流研究方向。目前，電子封裝互連存在如下問題：

　　①封裝材料難以滿足新的封裝需要(高導(dǎo)熱、高導(dǎo)電、高性價(jià)比、高可靠性、良好力學(xué)性能等)。目前單一封裝材料的性能已被開發(fā)到極致，很難再得到質(zhì)的提升。特別是對(duì)于難焊異材來說，封裝材料開發(fā)顯得尤為重要。為了最大限度的發(fā)揮材料自身的性能更多的選用貴金屬及稀有活性金屬，將其適量的摻雜到基體焊料或鍍層之中以提高整體的互連質(zhì)量。②焊接溫度過高，封裝變形和應(yīng)力加劇。較高的互連溫度對(duì)于異材互連的質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生一定的影響(如較高的殘余應(yīng)力)，為了降低焊接溫度，焊料逐步從傳統(tǒng)塊狀或大尺寸顆粒向具有較強(qiáng)活性的納米線或納米顆粒轉(zhuǎn)變。

　　電子信息論文： 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在電子信息工程中的應(yīng)用研究

　　③傳統(tǒng)封裝整體加熱無法回避對(duì)封裝體的熱影響。封裝體變薄變小,功率密度增大,封裝時(shí)的熱影響加劇。為了降低封裝的熱影響和提高熱效率，封裝從傳統(tǒng)的回流焊、壓焊向飛秒激光、激光局部加熱等大功率密度、局部熱源及復(fù)合熱源方向轉(zhuǎn)變。④封裝體服役環(huán)境日趨惡劣，傳統(tǒng)的測(cè)試手段和設(shè)備無法滿足新的可靠性要求。為了適應(yīng)新的服役環(huán)境、提高封裝可靠性，封裝測(cè)試從傳統(tǒng)的熱老化、熱循環(huán)、熱沖擊向極端溫度、極端溫度梯度、快速溫度轉(zhuǎn)變、熱電水氣振動(dòng)等多場協(xié)同作用下的可靠性方向轉(zhuǎn)變。

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　　作者：甘貴生江兆琪陳仕琦許乾柱劉聰黃天唐羽豐楊棟華許惠斌徐向濤