AuRoFUSE™ Preforms
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什么是“ AuRoFUSE™ Preforms”？
这是一种用于高密度安装的金烧结结合技术，利用了田中贵金属开发的低温烧制浆料AuRoFUSE™。 它提高了安装工艺的效率和高粘结可靠性，具有高性能特性，如电阻为4.5 μΩ·cm，热导率为200 W/m·K。
AuRoFUSE™ Preforms技术简介
采用 AuRoFUSE™ 的烧结金键合技术用于高密度封装
这项技术通过预先干燥键合材料来消除其流动性，从而防止材料蠕变，并使其难以水平扩散，实现小间距键合。目前，我们已成功形成尺寸为 5µm 的凸块，预计该技术将应用于需要高密度封装的倒装芯片键合领域。
特点
- ① 金凸块可以制成各种尺寸和形状。
（最低性能要求：尺寸 5µm，间距 5µm） - ②由于粘结材料的多孔质结构具有优异的压缩变形性能
- ③ 加压时水平变形小，可实现高密度安装
- ④ 由于主要成分是Au,因此很难发生氧化和迁移
- ⑤ 允许在相对较低温度 (200°C至更低) 的大气中焊接
③ 提高接合压力时的形状变形率
预期用途
用于光电半导体（LED 和 LD）、功率半导体和集成电路的芯片芯片贴装材料
AuRoFUSE™ Preforms体制造方法
- ① 将要粘合的基板金属化处理，以 Au/Pt/Ti 作为基底层。
- ② 在金属化处理后，将光刻胶涂覆到待连接的基板。
- ③ 将与预制件形状相匹配的光掩模版放在待粘合的基板上，通过曝光和显影形成光刻胶框架。
- ④ 将AuRoFUSETM倒入已创建的光刻框中
- ⑤ 在室温下真空干燥，干燥后，用刮板刮去多余的金颗粒。
- ⑥ 经过加热预烧结后，将光刻胶框架剥离并移除。
AuRoFUSE™ Preforms与其他材料的比较
（〇）AuRoFUSE™ Preforms
- 通过在粘合前将浆料干燥以消除流动性，可以抑制横向扩散，从而实现高密度安装。
- 多孔质结构使其易于变形，即使电极之间存在高度差，或者基板翘曲或厚度不同，也能实现粘合。
(△) 焊料
- 随着凸块间距变小，焊料熔化时会横向扩散，导致电极之间接触，从而造成短路。
（△）无电解电镀
- 提供较窄的间距，但在连接时需要相对较高的压力，从而导致芯片损坏
连接示例:倒装接合
| Pretreatment: | UV ozonation, etc. |
| Thermo-Compression: | 200°C, 20MPa, 10sec. |
| Post-Bake: | 200°C, 60min. |
特性表
| 200°C, 20MPa, 10sec | 200°C, 100MPa, 10sec | |
|---|---|---|
| 电阻率 (μΩ·cm) | 3.0 | 2.6 |
| 热导率 (W/mK) | 250 | 280 |
| 杨氏模量 (GPa) | 57 | 70 |
| CTE:线膨胀系数 (ppm/K) | 14 | 14 |
| 剪切强度（兆帕） | >30 | |
| 底膜 | Au/Pt/Ti, Au/Pd/Ni | |
AuRoFUSE™ Preforms转移技术
这是一种提前形成凸块的基板，然后将凸块转移到目标芯片或基板上的方法。
该结构通过基板开口形成并固定凸块，因此无需担心运输过程中凸块脱落。
转移过程中，凸块会通过加热收缩，因此只需垂直力即可轻松拉出。
■特征
- ① 它还可以应用于半导体芯片和衬底，其形状难以通过传统方法处理，例如凹凸和通孔
- ② 它还可以应用于半导体芯片和基板，这些芯片和基板担心剥离液等的损坏并且难以通过光刻工艺
■【转移基板的制备及转移/键合过程】
- ① 制备硅基板作为转移基板。
- ② 在硅基板上涂覆光刻胶。
- ③ 对所需图案进行曝光显影
- ④ 在硅基板上蚀刻孔。
- ⑤ 使用刮板或类似工具将 AuRoFUSE™ 嵌入。
- ⑥ 在常温/真空下干燥AuRoFUSETM,刮去光刻胶上多余的金颗粒
- ⑦ 当光刻胶剥离后，便形成转移基板。
- （8）将用金凸块形成的靶材（半导体芯片或基板）施加在转印基板上，并在10兆帕、150摄氏度下加压加热1分钟。 之后，竖起基板会转移黄金凸块
- ⑨ 将转移的基板在 20 MPa、200°C 和 10 秒的条件下加压和加热进行粘合。
实施例
<超小型双面冷却功率模块的应用成果 (东北大学高桥良和教授) >
我们发现，将我们的AuRoFUSE™ Preforms应用于逆变器功率器件模块的芯片电极与基板回路之间的键合，与传统焊料相比，有助于提高热阻。此外，它还通过了欧洲汽车功率模块评估标准 (AQG324) 中规定的功率循环测试。
| 试验 | 条件 | AuRoFUSE™ Preforms | 焊料 |
|---|---|---|---|
| 热阻 | 冷却水:10L/min | 整个系统0.98 | 整个系统1.00 (基数) |
| 动力循环 | T jmax:175°C/T jmin:75°C 2sec ON/18sec OFF |
6万次循环 V on无变动 |
6万次循环 V on比初期增加3.2% |
本研究由东北大学开展，得到了日本文部科学省“创新电力电子创造基础技术研发项目”（资助号：JPJ009777）的支持，田中贵金属工业株式会社担任顾问委员会成员，并提供了AuRoFUSE™ Preforms。
关联公司
田中贵金属工业株式会社和Mems Core公司通过发挥各自的优势，以双向合作的方式提供材料、原型制作和预成型件（金凸块）评估，从而实现快速开发系统。
株式会社Mems Core网站链接: https://www.mems-core.com/index.html
