使用"预成型AuRoFUSETM"实现高密度封装

《半导体芯科技》杂志文章

田中贵金属工业株式会社确立了使用金- 金接合用低温烧结金AuRoFUSE ™的高密度封装用金（Au）粒子接合技术，以解决半导体进一步微细化和高密度化的问题，为光学器件和数字设备的技术创新做出贡献。

AuRoFUSE ™是由粒径仅有次微米大小的金粒子和有机溶剂混合所构成的胶状接合材料。一般而言，微细粒子具有“烧结”特性，被以低于熔点的温度加热，粒子会互相结合。AuRoFUSE ™被加热至 200℃时溶剂会先蒸发，即便不施压，金粒子也可实现烧结结合，从而获得约30 MPa的充分接合强度。因此，AuRoFUSE ™在较低电阻和较高热传导率以及较低温度下可以实现金属接合。

通过本技术可使用预成型AuRoFUSE ™（ 干燥体） 实现20μm 大小4μm 间隙的窄间距封装。此外，AuRoFUSE ™在200℃、20MPa、10 s的热压后，虽然在压缩方向上显示出约10％的收缩率，但在水平方向上较少变形，可用作接合强度足以承受实际应用的金凸点。由于以化学稳定性较优异的金为主要成分，封装后具有较高的可靠性。

本技术是一种能够实现半导体配线微细化和多种芯片集成（高密度化）的技术，预计将为LED（发光二极管）和LD（半导体激光器）等光学器件，在个人电脑和智能手机等数字设备上的应用，以及车载零部件等需要高度技术创新的先进技术作出贡献。

本技术发表于2024 年3 月13—15 日在东京理科大学举行的“第38 届电子封装学会春季演讲大会”上。

AuRoFUSE™预制件制作方法

(1) 对接合对象基板作为底层，通过Au/Pt/Ti 进行金属化处理。

(2) 将光刻胶涂布在金属化处理后的接合对象的基板上。

(3) 将符合预制件形状的光掩模版放在接合对象的基板上，进行曝光和显影，制作光刻胶框架。

(4) 将AuRoFUSE ™倒入制作好的光刻胶框架中。

(5) 在室温下真空干燥，干燥后用刮板刮取多余的Au 浆料。

(6) 通过加热临时烧结后，剥离并清除光刻胶框架。

通过AuRoFUSE™预成型实现较高密度封装

在封装半导体器件方面有很多种接合方法，包括使用焊料和电镀的方法等，会根据目的采用各种方法。使用焊料的方法可以以较低成本快速形成焊点，但由于随着焊点间距变得微细，焊料在熔化时会横向扩展，因此存在电极之间接触引起短路的问题。此外，采用在实现较高密度封装的技术开发中作为主流的通过无电解电镀形成Cu 和Au 镀层凸块的方法，虽然可实现窄间距，但由于接合时需要相对较高的压力，因此存在造成芯片损坏的问题。

田中金属工业作为贵金属专家，为了实现半导体的较高密度封装，一直在进行利用AuRoFUSE ™具有多孔质产生的凹凸追随性以及在较低温度和较低压力下可接合特性的研发。最初，我们的目标是通过作为主流使用方法的点胶法，针式转印法和丝网印刷法来予以实现，但由于膏材的流动性，不适合较高密度封装。利用本次确立的本技术，通过在接合之前将膏材进行干燥来消除流动性，可抑制横向扩展，从而实现较高密度封装（图1）。

图1. 预成型的AuRoFUSE™与其他材料的比较

此外，由于多孔质结构容易变形，即使在电极之间存在高低差异，以及基板翘曲和厚度不一致的情况下，也可以进行接合（图2）。

图2. 吸收接合时出现段差的AuRoFUSE™预制件SEM图像

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审核编辑 黄宇