NG体育电子产物德动今世电子行业的产品，已慢慢成为社会开展的主导气力，正在电子产物封装经过中，电子器件的封装温渡过高会形成较大的热应力，进而低重其牢靠性。跟着电子器件趋于微型化、高功率化、高集成化，其服役温度越来越高，何如处置电子器件“低温封装、高温服役”这一题目已迫正在眉睫。本文就低温电子封装资料及手腕，从封装母材、维系资料及维系手腕三个方面实行总结，指出惟有从母材、焊材及焊接办腕同时入手，才略抵达最佳时间成果，提出正在母材表貌造备链长更长的、易去除的权且回护层，采用烧结纳米银、纳米铜或瞬时液相搀和焊料，借帮与焊缝非直接接触的超声搅拌等资料和手腕希望降服低温封装的时间瓶颈，同时提出采用微米级搀和焊料并辅以超声振动达成维系的新思念。

　　跟着 5G 时间、物联网时间、生物芯片时间等的兴起，今世电子行业也迎来了迅猛开展，支柱这些高新时间的电子产物慢慢趋于微型化、便携化和多功用化 [1] 。正在电子产物的筑设经过中，芯片的集成与封装继续从此都是行业的主题，因为芯片与封装体存正在热膨胀系数分别，正在封装温度很高的景况下形成的热应力会低重其牢靠性，以至导致电道失效。近年来低温封装慢慢成为行业主流，其闭连探究已正在中国、美国、日本及欧洲等诸多大学和探究机构中普遍展开 [2-4] 。低重封装温度的手腕闭键征求三个方面：一是表貌活化执掌、表貌纳米化(图形+机闭)或表貌无氧回护等封装母材表貌执掌时间，如 Takigawa 等 [5] 运用表貌活化键合法(SAB)正在室温前提下得胜达成了 GaN 与 LiNbO 3 的维系，Zhou 等 [6] 运用电镀的手腕正在 Cu基板上造备出纳米 Ni 阵列并运用 Au 膜笼盖其表貌以达成对 Cu 基板的纳米化执掌， Ghosh 等 [7] 正在 Cu-Cu键合经过中运用自拼装单层膜(SAM)来回护 Cu 表貌使其免受氧化和其他污染；二是选用低温焊料、纳米焊料或搀和焊料等维系资料，如 Yang 等 [8] 辞别运用 Sn5Bi、Sn10Bi 和 Sn58Bi 三种低温焊料实行 Cu-Cu互连，Fan 等 [9] 运用树枝状 Ag 纳米机闭物质行动维系资料，梅云辉等 [10] 将微米 Ag 颗粒(1~2μm)与纳米 Ag颗粒 (20~50 nm)搀和匀称并参加有机溶剂变成搀和焊料，正在 280 ℃烧结温度下维系了 IGBT 与 DBC 衬底；三是采用超声辅帮、激光瞬时加热或个人加热等异常的低温封装手腕，如甘贵生等 [11] 运用 SAC0307 颗粒(混入 10% 45μm Zn 颗粒)行动焊料，正在 220 ℃低温、4MPa 压强下运用超声辅帮达成了 Cu-Cu 互连，Kawano 等 [12] 运用波长为 532nm 的脉冲纳秒激光辐照 Si 表貌，仅正在 2min 内就达成了 Si 与 LiNbO 3 的键合，Kim 等 [13] 运用 980 nm 波长的均质矩形激光束辅帮超薄倒装芯片封装(FC CSP)，激光辐照仅正在个人形成加热成果，大大低重了热输入。基于 WLP、SiP、3D-TSV 等前辈封装对低温互连的激烈需求，本文从封装母材、维系资料、维系手腕三个方面综述了近几年来电子封装低温互连时间的探究发扬，并就开展宗旨提出极少己方的成见。

　　表貌活化键当令间(Surface Activated Bonding，SAB)是通过 Ar 原子或离子高速轰击资料表貌，使资料表貌拥有高活性，同时原委高能粒子轰击，资料表貌的有机物及杂质正在真空处境下瓦解，为资料表貌实行原子级接触供应了或许，然后通过施加必然压力，使两个已被活化的表貌正在真空处境中严紧接触，依赖化学键的功用，使表貌能量低重，达成原子标准上的坚固联合，正在低温前提下就能抵达优异键合强度的真空低温键合手腕。上个世纪 90 年代，日本东京大学的 Suga 课题组开始采用离子束高速轰击资料表貌的手腕，使资料获取了高活性，但因为资料直接吐露于氛围当中，很容易使其表貌氧化及污染，为此课题组斥地了特意的表貌活化键合配置，使得资料能正在绝对真空的处境下实行活化和键合，达成了半导体资料周围的 Si-Si、Si-GaAs以及 Si-LiNbO 3 的键合 [14] 。

　　跟着 5G 时间及大功率电子的疾速兴起与普及，以 GaN、SiC 为代表的拥有禁带宽度大、击穿场巨大、介电常数幼、电子饱和漂移速率高、绝缘职能好等优异物理职能的第三代半导体(物性参数见表 1 [15,16] )应运而生，高温、高频、大功率和高密度等绝顶处事处境对低温封装提出了新请求，诸多文件报道证据表貌活化键当令间很好方单合了这些封装需求。如 Mu 等 [17] 采用氩离子束轰击 GaN 与 Si 表貌，发觉离子束轰击后的 GaN 表貌有轻细的平滑效应，GaN-Si 的联合强度与守旧硅强度相当。Liang 等 [18] 运用表貌活化键当令间正在室温下得胜造备了 GaN-金刚石异质接头，GaN/金刚石界面存正在较幼的压应力，但彰彰幼于由晶体发展变成的 GaN-on-diamond 机闭。Ryo 等 [19] 采用含铁氩离子束轰击 GaN 和 LiNbO 3 ，重积的含 Fe 中央层正在 LiNbO 3 表貌和 GaN表貌间变成了坚固的联合(图 1)，正在室温前提下获得了抗拉强度 26 MPa 的键合接头。Mu 等 [20] 采用溅射重积 Si 中央层的表貌活化键当令间，仅正在室温前提下就达成了 GaN 与更高导热率的单晶 CVD 金刚石衬底的键合；采用对 SiC 表貌实行活化并溅射重积 Fe-Si 中央层，正在室温前提、4MPa 压强下获得了剪切强度为 18MPa 的 SiC-Si 接头 [21] ；正在 SiO 2 表貌溅射 Si 层并采用表貌活化键当令间，极大裁汰了界面容洞，SiC 表貌和溅射 Si 层后 SiO 2 表貌的粗疏度辞别为 0.25nm 和 0.33nm，溅射 Si 层使SiO 2 -SiC 键合界面(图 2)的表貌能从 0.2J/m 2 普及到 2.4J/m 2 ，得胜达成了室温前提下 SiC 与 SiO 2 之间的键合 [22] 。Ryo 等 [23] 运用 Ar 离子束迅疾轰击 SiC 和 LiNbO 3 表貌实行活化，正在室温前提下将其表貌直接接触实行键合，测得 SiC-LiNbO 3 接头的剪切强度为 11MPa。Kang 等 [24] 运用 O 2 对 SiC 和 Si 基衬底实行延续年光 60s 独揽的表貌活化，然后正在不到 200 ℃的低温前提下得胜获得了 SiC-SiO 2 、SiC-Si和 SiC-玻璃的无空闲、安祥键合接头。

　　正在电子封装周围中，陶瓷基板拥有优秀电绝缘职能、高导热性格、优异的软钎焊性和高的附着强度，并可像 PCB 板一律能刻蚀出各类图形，拥有很大的载流本领，已成为大功率电子器件电道机闭时间和互连时间的根源资料。AlN 拥有相对较高的热导率(约 200W/m·K)，常被行动高功率器件的散热器考中三代半导体的封装基板。多项探究证据，AlN 基板可能通过表貌活化键当令间直接键合到 AlN、Al 和 Si 基板上 [25] 。如 Matsumae 等 [26] 采用更始 SAB 时间(图 3)，正在 Ar 离子束高速轰击 AlN 表貌去除有机污染物和氧化物后，再溅射重积 Si 附着层，准绳 SAB 接头中 Si-Si 键的联合强度仅为 0.9J/m 2 ，更始 SAB 接头中 Si-N 键的联合强度高达 2.5J/m 2 。Kaaos 等 [27] 通过 O 2 、Ar、SF6、SF6+Ar 和 SF6+O 2 等离子体活化，对 AlN 表貌实行 SAB 执掌能使其表貌亲水性巩固、表貌粗疏度低重，进而达成了室温前提下与 Si直接键合。

　　除了利用于陶瓷资料之间的键合表，表貌活化键当令间还常用于金属资料之间。Takahashi 等 [28] 探究了采用高能 Ar 离子束延续轰击 60s 以上以除去 Nb 表貌的氧化膜(Nb 2 O 5 和 NbO)和其它杂质，获得了洁净的待键合表貌，为室温下超导器 Nb-Nb 间的 SAB 直接键合供应了或许。He 等 [29] 通过表貌活化键当令间将 Cu-Cu 正在超真空室温处境下实行了键合，Cu-Cu 键合界面(图 4)联合优异，未见孔洞与空闲，接头联合强度抵达了 2.5J/m 2 。Wang 等 [30] 采用氩气(搀和 5%氢气)等离子体预执掌 Si 表貌的 Cu 镀层，低重了 Cu 表貌的氧含量，有用地普及了其表貌活性，200 ℃下 Cu-Sn 维系界面完全陷，接头剪切强度最高可达 8MPa。He 等 [31] 将含甲酸(HCOOH)的蒸汽通入活动氩气中并对 Cu 实行表貌活化，正在 180 ℃独揽到了剪切强度高达 100MPa 的 Cu-Cu 接头。Chua 等 [32] 正在 Ar/N 2 等离子体处境下将 Cu 表貌实行活化并正在室温下键合，250 ℃退火后 Cu-Cu 接头均匀剪切强度最高可达 20.3MPa，接头原委-40~125 ℃的 1000 次温度轮回后，吐露的Cu 表貌虽被紧要氧化，但接头仍能很好地联合(图 5)。

　　另表，Kang等 [33] 还提出了一种表貌活化搀和键合机造(活化和键合经过如图 6)，辞别键合了 Cu-Cu、SiO 2 -SiO 2 与 Cu-SiO 2 。开始，用 Ar/O 2 等离子体(此中 O 2 含量为 0.2%)对 Cu 和 Si 表貌的热氧化物 SiO 2 单步活化 30~150s，Ar 等离子体可能去除表貌有机污染物和氧化物，O 2 等离子体可能有用供应−OH 基团，正在 50%甲酸(FA)溶液中浸泡 20min 后用去离子水超声洗濯 30s，末了用活动的氮气干燥。Cu-Cu、SiO 2 -SiO 2 与 Cu-SiO 2 三种样品正在 200 ℃(上压片)和 25 ℃(下压片)的大气处境、2.5MPa 压强中实行 30min 的热压维系，此中样品底部温度被安祥正在 135 ℃独揽，联合界面的实践温度为 185±3 ℃，随后维系样品正在200 ℃下退火 2h。结果发觉当活化年光延伸至 120s 时，Ar/O 2 →FA(表貌活化后再甲酸执掌)和 FA→Ar/O 2 (甲酸执掌后表貌活化)活化获得的 Cu-Cu 接头最大剪切强度辞别为 13.46MPa 和 12.35MPa；关于SiO 2 -SiO 2 接头，FA→Ar/O 2 活化所获得样品的完全剪切强度高于 Ar/O 2 →FA 活化所获得样品，其最大剪切强度亲密 4MPa；运用 FA→Ar/O 2 活化并低温键合的 Cu 与 SiO 2 接头微孔较少、晶粒发展弥漫。

　　表貌活化键当令间能得胜利用于多种陶瓷资料与陶瓷资料、金属资料与金属资料、金属资料与陶瓷资料之间。该手腕自成立从此，就受到电子封装行业的普遍闭心，但仍存正在极少题目控造了该手腕的大范畴推行，如该手腕对氧化物类资料像 SiO 2 、石英等不实用，其键合强度很低，仍须退火工艺，另表该手腕请求极高真空编造，配置高贵，大范畴坐蓐本钱较高。

　　正在电子封装中，除了母材表貌活化表，还可能正在母材表貌溅射纳米维系层或变成纳米尺寸机闭，运用纳米资料异常的物化本质，同样也能抵达低重封装温度、普及维系牢靠性的目标。如 Suga 等 [34] 开始用Ar离子束轰击晶片表貌，驱除污染物和氧化层，同时正在晶片表貌溅射 1nm Fe 粘结层；然后，用离子束溅射法正在 Fe 粘结层上重积 10nm Si 中央层；之后，再用 Ar 离子束轰击活化 Si 中央层，同时正在 Si 中央层上再重积 1nm Fe 粘结层；末了正在线kN 压力的室温下，使活化表貌彼此接触 300s 获得了键合强度高于 32MPa 的 SiC-SiC 接头，经过如图 7 所示。又如 Cai 等 [35] 先正在 Si 衬底上溅射 50nm 的 Ti 镀层和 500nm 的 Cu 镀层，再电镀上 Cu-Zn 合金，随后运用去合金化法去除 Cu-Zn 合金中的 Zn，从而造备出拥有纳米多孔机闭的 Cu 表貌层，正在 280 ℃、300N 的压力前提下对两块经类似手腕执掌的 Si 衬底实行维系，样品均匀拉伸强度抵达 8MPa，其维系层的横截面和工艺流程如图 8 所示。

　　除了以上两种正在母材表貌变成纳米维系层手腕表，也见正在母材表貌变成纳米尺寸机闭的洪量报道。如 Hu 等 [36] 提出了一种正在 Cu 凸点上电镀一层镍锥阵列(Ni-MCAs)并与 Ag 层低温键合的手腕，此中 Ni-MCAs 的均匀高度为 800~1000nm，正在 180MPa 的键合压强和 250 ℃的低温下维系 20min，发觉当维系温度为 250 ℃时，Ni-MCAs 有用嵌入到 Ag 层当中且界面没有展现空虚。Lu 等 [37] 运用化学重积法造备出Cu-Ni 微锥阵列正在 190 ℃的低温前提下与 Sn-3.0Ag-0.5Cu 焊料联合，联合经过施加压力质料为 500g、750g 和 1000g 时获得的接头均匀剪切强度辞别为 22.7MPa、32.6MPa 和 45.2MPa。再有闭连文件[38]报道正在 Cu 微锥表貌化学镀 Ag 可获得拥有高剪切强度的焊点，正在 190 ℃的低温下达成了 Sn-3.0Ag-0.5Cu 锡球焊料与 Cu 微锥基板(镀 Ag)的热压联合，Cu 微锥机闭齐全插入焊料当中，正在联合界面上没有发觉孔洞，焊点剪切强度高达 43.4MPa。另表，有探究者 [39] 运用同样的手腕正在 Cu 微锥表貌镀 Sn，并正在维系经过顶用超声波实行辅帮，得胜达成了 Cu-Cu 之间的联合。Wang 等 [40] 运用斜角重积时间正在 Si 晶片上溅射一层厚 500nm 的纳米 Cu 柱阵列(纳米柱直径为 10~20nm，高度为 760nm)，正在 0.32MPa 键合压强和 200~400 ℃低温前提下就可能达成 Cu-Cu 的键合(图 9)。

　　除了正在母材表貌变成纳米机闭表，再有文件报道了正在纳米机闭上涂覆另一种纳米资料实行互连。Wang 等 [41] 应用化学镀层法正在尺寸为 2cm×1cm 的 C194 Cu 基板上造备出一层 Cu 纳米锥状阵列(Cu NCA)，Cu NCA 中每一个锥体的尖端直径约为 20nm ，底部均匀直径为 2μm，高度正在 2~4μm之间(图 10)，尔后将石墨烯涂覆正在原委执掌的 Cu NCA 表貌，末了正在 150 ℃低温、1500gf 压力前提下将直径为 760μm 的SAC305 焊球与 Cu NCA实行维系，原委类似热老化年光发觉，未参加石墨烯层的 Sn-Cu 接头剪切强度低重了两倍，石墨烯层的参加有用延缓了 IMC(Cu 6 Sn 5 )的发展，其接头的剪切强度并没有低重(图 11)。正在文件[42]中提出并协商了这种纳米机闭正在互连经过中或许存正在的机理，即纳米微锥机闭插入到焊料当中时，会导致焊料塑性变形和“积聚”，并正在联合界面上变成孔洞，但纳米微锥机闭与焊料之间的固态扩散会使界面容洞裁减，从而扩大了微锥与焊料之间的接触面积，普及了焊点的剪切强度。Liu 等 [43] 为了低重 Cu-Cu键当令的温度并缩短键合年光，计划了运用脉冲激光重积(PLD)时间将纳米 Ag 物质重积正在 Cu 焊盘上变成了崎岖的三维纳米机闭，当维系前提为高温(250 ℃)低压(20MPa)或低温(180 ℃)高压(50MPa)、维系年光均为 5min 时，能获得剪切强度较高(＞9MPa)的接头(图 12 为维系界面)。

　　Du 等 [44] 提出了一种新型的低温氢热瓦解还原手腕正在 Cu 基板上直接合成了 Cu 纳米线MPa 的压强下获得了剪切强度高达 44.4MPa 的键合接头。Mou 等 [45] 将异丙醇(IPA)执掌后的 Cu 纳米膏涂覆正在 Cu 基板上，然后正在 2MPa 的压强、250 ℃和 275 ℃的低温下实行 Cu-Cu 键合，获得的接头剪切强度辞别抵达了 28.3MPa 和 35.1MPa。Panigrahi 等 [46] 通过正在 Cu 表貌重积一层 3nm 厚的超薄 Ti 层来欺压 Cu 的氧化，并将 Cu 表貌的粗疏度从 2.1nm 低重至 0.4nm，从而正在 160 ℃低温和 0.25MPa低压下达成了 Cu-Cu 键合。Hou [47] 提出了一种基于冷喷涂重积和氧化还原工艺的新手腕，开始正在 Cu 基板上变成严紧陈列的微米级 Cu 颗粒，然后通过氧化功用正在 Cu 颗粒上变成 Cu 2 O 纳米粒子，正在甲酸空气中Cu 2 O 纳米粒子被齐全还原为 Cu 纳米粒子，末了正在 300 ℃低温、15MPa 压强下获得了剪切强度最高为32.9MPa 的 Cu-Cu 接头。

　　正在电子封装中，对母材表貌的纳米化执掌运用了纳米资料异常的物化本质，可能低重封装温度、增大接触面积并普及联合强度，同时也正在必然水准上低重了封装经过对维系表貌平整度的苛刻请求，但因为纳米资料拥有极高的表貌能，这会导致其本质特地活跃，且纳米资料易氧化，正在维系前就有或许爆发聚拢，另表资料表貌过分纳米化会导致氧化反映更为紧要，氧化物更难去除，故该手腕还正在陆续更始中。

　　SAM 表貌执掌是指导用自拼装单层膜(SAM)行动母材表貌的权且回护层，可防守母材正在氛围中迅疾氧化和污染，常用的 SAM 为烷基硫醇(alkane-thiol)。目前，关于 SAM 的重积有两种常用的手腕：湿式重积和气相重积。湿式重积本钱低廉、操作便利，是直接将样品浸没正在 SAM 溶液中，以使 SAM 联合到样品表貌，每个样品的重历年光一样为数幼时到一整日，但 SAM 溶液长年光安插会形成聚拢功用，因而关于实践坐蓐筑设来说这种手腕明白不适合。比拟之下，气相重积法正在重积之前先运用等离子体执掌资料表貌，使得资料正在重积时与 SAM 有高度的反映性，仅正在 5min 重积后资料表貌就能形成 SAM 膜，不单增

　　Lykova 等 [48] 采用 SAM 对 Cu 表貌实行钝化并正在-40 ℃保管一周，发觉其表貌简直没有爆发氧化情景，长链 SAM(十六烷基硫醇)比短链(六烷基硫醇)对 Cu 表貌的回护功用更有用，且 SAM 的回护功用随其链长的扩大和温度的低重而扩大；他们还辞别运用电化学重积(ECD)和原委 SAM 钝化后物理气相重积(PVD)造备了两品种型的 Cu 基板，并正在250 ℃的低温下达成了 Cu-Cu 键合，PVD Cu-Cu 接头正在维系年光为 45min 时的剪切强度最高，均值抵达了 196MPa [49] 。Wang 等 [50] 提出了一种新型等离子体自拼装单层膜

　　(PcSAM)预执掌手腕以改革电镀 Cu 的表貌职能，PcSAM(六烷基硫醇)预执掌后 Cu 表貌的氧含量低重至1.39%，仅正在 200 ℃前提下就达成了 Cu-Sn 键合，剪切强度高达 68.7MPa。Tan 等 [51] 正在镀铜硅片表貌运用SAM 执掌，正在 250 ℃低温下获得的 Cu-Cu 键合接头剪切强度为 54.0~65.8MPa，原委 SAM (六烷基硫醇、十二烷基硫醇)执掌后的键合界面可见分层面已齐全消散，Cu 晶粒发展布满了所有键合层(图 14)。Bakish等 [52] 运用 SAM (九烷基硫醇、十四烷基硫醇)表貌执掌，正在 120~150 ℃下得胜键合了 Si 与 InP，其接头剪切强度领先了表貌活化键合的 Si-InP接头。Ang 等 [53] 通过 SAM(十二烷基硫醇)执掌 Au 表貌，防守表貌污染的同时还正在键合处通过热解吸低重了封装温度，160 ℃下获得了均匀袭击强度抵达了 26.9g 的 Au-Au接头。Lim 等 [54] 正在 250 ℃低温下键合了 SAM 执掌的 Cu-Cu 表貌发觉，因为键合前长链 SAM (十二烷基硫醇)不齐全解吸，短链 SAM (六烷基硫醇)执掌的样品剪切强度最佳。Liu 等 [55] 通过正在烧结之前的 Cu 基板进步行 SAM 表貌执掌 (十八烷基硫醇)以欺压纳米 Ag 氧化，280 ℃下运用烧结纳米 Ag 获得的 Cu-Cu接头剪强度达 12.72 MPa，远高于未采用 SAM 执掌时的 3.77 MPa。Ghosh 等 [56] 运用 SAM(丙烷基硫醇)执掌 Cu表貌，其接触角快速低重，表貌由亲水性变为疏水性，用 He 等离子体解吸 SAM 层后 Cu表貌接触角进一步低重，正在 200 ℃低温、4kN键合压力下获得了最大载荷为 800N的 Cu-Cu接头。

　　当 SAM 表貌执掌利用于电子封装当中时，除了能回护母材表貌不受氧化和污染以及低重封装温度表，还能有用普及维系接头的电学职能。Peng 等 [57] 运用未经 SAM 执掌和原委 SAM (六烷基硫醇)执掌的 Cu 表貌实行键合，未经 SAM 执掌的接头接触电阻值约为 3.53 mΩ，而原委 SAM 执掌后接头接触电阻均匀值低重了 7.1%，约为 3.28 mΩ。另表，Lim 等 [58] 还采用 SAM(六烷基硫醇)执掌，正在 250 ℃低温、5500N 键合压力前提下获得了 Cu-Cu 热压接头，接头密封空腔(横截面如图 15)拥有优异的气密性，揭发率低于 10 -9atm cm 3 /s，与未经 SAM 执掌的对比样品比拟起码普及了 29%，比 MILSTD-883 准绳界说的 5×10 -8 atmcm 3 /s 幼了一个数目级。

　　SAM 表貌执掌工艺粗略、容易操作、本钱低廉，对后续工艺无倒霉影响，或许正在较低温度下获得剪切强度较高的维系接头，但仍有待进一步深化探究，如单层膜链长拔取，固然已有探究证据烷烃硫醇(alkane-thiol)的链长越长，防氧化功用越彰彰，但同时也会导致齐全去除烷烃硫醇(alkane-thiol)的退火温度升高。SAM 时间希望正在来日为 3D 封装供应高质料的低温键合接头，也希望正在硅微电子时间中获得更为普遍的利用。

　　守旧的 Sn-Pb 焊料拥有本钱低、熔点低、潮湿性好等甜头，能知足种种电子产物的运用，但 Sn-Pb 焊料中 Pb 属于有毒重金属，会对人体和处境变成极大危机。早正在 2006 年，欧盟就发布了 ROHS 禁令，典范电子电气产物的资料及工艺准绳，使之愈加有利于人体强健及处境回护，此中核心划定了 Pb 的含量不行领先 0.1% [59] 。跟着人们环保认识的巩固，以 SAC305 为主的 Sn-Ag-Cu 焊料因拥有优异的抗蠕变职能和抗跌落职能，且处境性展现优异，慢慢替代 Sn-Pb 焊料成为商场的主流，但 Sn-Ag-Cu 焊料熔点较高，且正在维系经过中容易天生脆性的 Ag 3 Sn，低重接头牢靠性；再有探究者熔炼并探究了 Sn-4.0Bi-3.7Ag-0.9Zn 焊料 [60] ，该焊料拥有较高的显微硬度和抗拉强度，但也存正在熔点(202 ℃)较高的题目，难以适应电子封装向低温化开展的趋向。故寻找一种低熔点、高牢靠性、处境友情型的低温焊料目前已成为电子封装行业亟待处置的题目(典范无铅焊料见表 2[59] )。

　　与 Sn-Pb(183 ℃)和 SAC305(220 ℃)焊料比拟，Sn-Bi 和 Sn-In 焊料的共晶点辞别为 138 ℃和 118 ℃，是低温电子封装时间的理念焊料。然而，Sn-Bi 合金太脆而 Sn-In 合金太软，均拥有必然控造性，探究者们实行了洪量的探究，正在这两种焊料当中增加了其他元素，以改革其职能。此中，Cr 行动一种过渡金属元素，本钱低廉，对改革合金职能特地有用，通过向焊料中增加 Cr，能使合金拥有更细的构造、更好的抗氧化性和塑性，还能有用改革焊料基体构造不匀称、老化经过中界面层发展等题目 [61] 。Zhu 等 [62] 将 Cr掺杂到 Sn-Bi 焊料中变成 3 种分歧的焊料(SnBi-0.1Cr、SnBi-0.2Cr、SnBi-0.3Cr)，正在 200 ℃的低温下原委120s 的维系年光发觉，Cr 的掺入不单普及了焊点的呆滞职能，还细化了焊料构造(图 16)；SnBi-0.1Cr、SnBi-0.2Cr 和 SnBi-0.3Cr 焊点的延迟率有关于 Sn-Bi 焊点辞别普及了 3%、56%和 53%，焊料的断裂式样由脆性断裂向韧性断裂蜕变，焊点中 Cu 6 Sn 5 IMC 层厚度慢慢减幼且描述由颀长的扇贝状蜕变为相连粗疏的扇贝状，裂纹道途由局部 IMC 层向通盘 IMC 层蜕变。另表，Sebo 等 [63] 通过向 Sn-Bi 焊料中参加 Ag 发觉，跟着 Ag 含量的扩大，Sn-Bi 焊料的力学职能先升高后低重，当 Ag 含量较低时，焊料中变成颗粒状或针状的 Ag 3 Sn 化合物，当 Ag 含量领先 1wt.%时 Ag 3 Sn 先导偏析成片状或块状。Jiang等 [64] 向 Sn-Bi焊料中掺杂 Ti，多次回流后 Sn-58Bi-0.1Ti 焊料的剪切强度高于 Sn-58Bi 焊料。Liu 等 [65] 通过向 Sn-Bi 焊料平辞别参加每英寸 110 目和 500 目标多孔 Cu 片来普及其职能，并正在 180 ℃的低温下将焊料片维系到 Cu 基板上，测试证据多孔 Cu 片的参加有帮于焊料中富 Bi 相和 β-Sn 相的细化，从而普及焊点硬度(图 17)。Xiong 等通过向 Sn-Bi 焊料中增加 CuZnAl 颗粒来裁汰瞬时液相维系经过中 Cu/Sn58Bi/Cu 焊点孔洞的变成，发觉跟着 CuZnAl 颗粒的参加，Cu 原子的扩散通量低重，界面 IMC 发展受到欺压，焊点孔洞明显裁汰。

　　除了向低温焊料中掺杂一种或多种金属元素以及金属粒子表，还可能正在焊料中参加纳米资料以改革其职能。Ma 等 [67] 将石墨烯纳米片(GNSs)参加 Sn-Bi 焊料中，发觉 GNSs 增加量为 0.03wt.%时，焊料的显微构造和力学职能展现最佳，正在 100 ℃时效 360h 后 SnBi-0.03GNSs 的粗大构造和发展晶粒获得有用欺压，其抗拉强度和弹性模量较 Sn-Bi 焊料辞别普及了 15%和 24%。Peng 等 [68] 探究了纳米粒子对 Sn-Bi 焊点呆滞职能的影响，发觉增加微量 SiC 纳米粒子能明显普及 Sn-Bi/Cu 焊点的力学职能，SiC 纳米颗粒可能防守位错滑动，同时细化晶粒，还能低重裂纹源形成的概率，普及塑性。Ma 等 [69] 将碳纳米管(CNTs)和石墨烯纳米片(GNSs)参加 Sn-Bi 焊料后，发觉它们可能维系两个富 Bi 相晶粒或直接嵌入富 Bi 相中，起到了很好的钉扎温和冲功用，能裁汰应力聚合导致的断裂，改革了焊点的呆滞职能。Yang 等 [70] 报道了涂有 Ni 的碳纳米管(Ni-CNTs)对 Sn-Bi 焊料职能的影响，发觉当 Ni-CNTs 增加量为 0.05wt.%时焊料的晶粒最细，焊点的抗拉强度抵达最大值，尔后跟着 Ni-CNTs 含量的扩大其焊点的抗拉强度低重(图 18)。

　　目前低温焊料的探究闭键聚合于 Sn-Bi 系，闭于 Sn-In 系焊料的探究报道很少。跟着便携式、可折叠的柔性电子产物慢慢普及，对低温封装时间的请求越来越高，低温焊料将会成为来日电子封装行业的主流。低温焊料的探究与斥地、电子封装低温互连、优异的高温职能、绝顶多变场的牢靠性是行业永久稳定的核心。

　　对通过选用维系资料来低重封装温度而言，运用低温焊料可能知足上述需求，但低温焊料较低的呆滞强度使其无法齐全知足“低温封装，电子高温服役”这一行业新需求。跟着资料科学的提高，额表是进入 21世纪从此，纳米资料卓越的、特其余物化本质惹起了电子封装行业的普遍闭心。纳米资料是指三维空间标准起码有一维处于纳米量级(1~100nm)的资料，它是由尺寸介于原子、分子和宏观编造之间的纳米粒子所构成的新一代资料。纳米资料拥有很多性格，如体积效应、表貌效应、量子尺寸效应等，因为这些效应，纳米资料有着与广泛资料分歧的物理或化学本质，好比当 Ag 颗粒尺寸抵达纳米级别后，其熔点会明显低重至 100 ℃独揽，故可用低温烧结纳米 Ag 颗粒行动电子封装中资料的互连层，以知足正在高温下延续服役的请求。

　　烧结纳米 Ag 互连层的造造工艺闭键征求 [71] ：①正在基板上涂覆或者丝网印刷纳米 Ag 焊膏，将芯片安插正在纳米焊膏上；②实行预加热干燥，使焊膏中的有机物挥发，然后正在高温下实行无压或压力辅帮烧结，工艺参数有升温速度、烧结温度、烧结辅帮压强、烧结年光和气体处境等；③烧结已毕后变成正在封装器件与基板之间的纳米 Ag 互连层。Dai 等 [72] 采用烧结纳米 Ag 时间将 Si 二极管功率器件(2.5 kV，50 A)正在250 ℃、10MPa、5min 的烧结前提下封装于 AlN 衬底上，功率轮回测试证据当拔取有用热阻扩大 20%为失效准绳时，烧结纳米 Ag 接头寿命是 Pb-5Sn 接头寿命的 10倍。Hutter 等 [73] 正在 230 ℃、30MPa、3min 的烧结前提下将 Si 基功率芯片封装于 Cu 基板上，经 30~180 ℃的温度轮回测试发觉烧结纳米 Ag 接头的牢靠性是 Sn-Ag 焊料接头的 10 倍。选用烧结纳米 Ag 颗粒行动焊料时，压力的施加可能使烧结后的纳米 Ag颗粒致密度更高，使烧结资料与母材的维系更为严紧，但过大的烧结压力会对器件变成必然水准的毁伤，影响其牢靠性 [74] 。针对这一题目，吴炜祯等 [75] 采用无压烧结纳米 Ag 颗粒的手腕，正在 10 ℃/min 升温速度、250 ℃下造备了尺寸巨细分歧的焊点，焊点的剪切强度随保温年光的延伸而普及，随焊点面积增大而低重；当保温年光抵达 30min 以上、焊点尺寸幼于 3mm×3mm 时，其剪切强度高于 70MPa，当焊点尺寸为10mm×10mm时仍有 20MPa 以上的剪切强度。

　　常见的纳米焊料除了纳米 Ag 表，关于纳米 Cu 的闭连报道也有很多。Yoichi 等 [76] 正在室温前提下，用水合肼还原乙酸铜(II)络合物的水溶液，得胜获取均匀粒径为 50~60nm 的纳米 Cu 颗粒(NPs)，运用金属掩膜及丝网印刷将纳米 Cu颗粒涂覆到玻璃基板上，ng体育并正在 200 ℃ N 2 空气下无压烧结 30分钟，测得烧结纳米Cu 电阻率为 16μΩ·cm，与以往探究比拟该烧结温度下 Cu 电阻率特地低，Cu-Cu 接头剪切强度高达39MPa(TEM 图像见图 19)。因为纳米 Cu 极容易氧化天生 Cu 2 O 或 CuO，纵然氧化物能使烧结接头更为致密进而普及接头的剪切强度 [77] ，但对接头的导电率却是倒霉的。为分析决上述题目，Yu 等 [78] 提出了一种激光烧结工艺，将纳米 Cu 颗粒(100~120nm)涂覆正在玻璃基板上并用激光实行烧结，烧结获得的样品电阻率最低为 5.3μΩ·cm，远低于 200 ℃热压烧结获得的样品电阻率(122μΩ·cm)。另表，王春青等 [79,80] 还提出了一种运用 Cu 6 Sn 5 纳米颗粒行动焊料，正在 200 ℃低温、5MPa压强下烧结 20min 获得了界面匀称、无孔隙的 Cu-Cu 接头。Cu 6 Sn 5 拥有熔点高达 415 ℃、与 Cu 基板的热膨胀系数简直类似、导电导热性优异、抗剪切强度上等特色 [81] ，脆性的 Cu 6 Sn 5 通过纳米化的途径可能转化为非脆性、超塑性和耐高温的焊料，这种手腕希望普遍利用于其他 IMC，如 Cu-Sn、Ni-Sn、Ag-Sn、Zn-Sn、Cu-Al等。

　　选用纳米资料行动维系资料时，可能低重封装温度并普及维系职能，另表还可能用金属膜、有机盐等包裹纳米颗粒，使颗粒表貌改性变成纳米复合焊料。李明雨等 [82,83] 将纳米颗粒包裹上金属膜并与有机溶剂搀和变成焊膏，此中一种运用 Sn 膜包裹纳米 Ag 颗粒 [84] ，并与 α-松油醇溶剂搀和，正在 0.5MPa 压强、260 ℃下烧结 20 min 获得了 Cu-Cu 接头，其剪切强度为 35.3MPa，电阻率为 9.5μΩ·cm，接头职能优于未运用 Sn 膜包裹的烧结纳米 Ag 颗粒 Cu-Cu 接头。何鹏等 [85,86] 运用柠檬酸盐包裹纳米 Ag 颗粒变成 Ag 浆，柠檬酸盐与 Ag 离子通过变成闭连配合物(如[Ag 2+ citrate]或[Ag 3 (C 6 H 5 O 7 ) n+1 ] 3n− )来统造 Ag 颗粒成核和发展，柠檬酸盐的吸附功用还能防守颗粒的聚会，加之柠檬酸盐自身所拥有的较低瓦解温度和缩聚功用为后续烧结供应了有利前提，正在 260 ℃、1MPa 压强下烧结 30min 获得了剪切强度为 28.2MPa 的 Cu-Cu 键合接头。Ji 等 [87] 采用 Ag 包裹的纳米 Cu 颗粒()行动焊料，正在 160 ℃超声辅帮烧结下达成了 Cu-Cu 低温

　　互连，180 ℃处事时该接头剪切强度高达 54.27MPa，比一致温度下热压烧结所获得的接头剪切强度(3.91MPa)高了一个数目级，且跟着烧结温度的升高，接头断口的韧窝尺寸越来越大， 慢慢变成块状构造，此中 Ag 为网格机闭匀称地散开正在 Cu 基体表貌(图 20)。Haque 等 [88] 运用辛硫醇包裹纳米 Cu颗粒并变成焊膏(10wt.% Cu)，将焊膏涂覆正在玻璃基板进步行烧结，还原性 H 2 与纳米 Cu 颗粒表貌的辛硫醇反映，激动了纳米 Cu 颗粒之间烧结颈的变成，从而使烧结致密度更高，H 2 处境下烧结获得的样品电阻率最低为 5.8×10 −6 Ω·cm。

　　电子封装被选用纳米资料行动维系资料时，应用纳米资料的机闭和物化性格，可正在较低的温度下抵达金属熔点或达成原子扩散和再结晶变成维系，使器件的封装温度和职能获得大幅更始。但该类时间过分依赖纳米资料的造备，纳米资料的本质很大水准上裁夺了维系的牢靠性，这也控造了该手腕的推行，使其目前还处于陆续研发更始中。

　　因为纳米资料优异的物化职能，使其普遍利用于电子封装周围。洪量探究证据，纳米颗粒和微米颗粒搀和可能同时补充两种分歧粒径焊料的不够之处，如纳米颗粒的参加可能使烧结接头更为致密，普及接头维系职能，而微米颗粒的参加可能减轻烧结时颗粒的聚会和裂纹的变成，因而以纳、微颗粒搀和为主的搀和焊料近年来也获得了普各处探究 [89] 。梅云辉等 [90,91] 将纳米 Ag 颗粒(20~100nm)与微米 Ag 颗粒(1~5μm)以 1.5:1 的体积比例搀和并参加机物造备成焊膏，正在 265 ℃低温无压烧结前提下，获得了均匀剪切强度和瞬态热阻抗辞别为 53MPa和 0.132 ℃/W的 Ag-Cu接头，这与铜表貌镀银获得的 Ag-Cu 接头数值(55 MPa 和 0.118 ℃/W)相当。Dai 等 [92] 将 Cu 纳米颗粒(40~60nm)与 Cu 微米颗粒(1~2μm)搀和，参加17IPA(3-吲哚丙酸)并用匀质器执掌成糊状浆料，与 Cu 微米颗粒焊料比拟，混入了 Cu 纳米颗粒的搀和焊料(混入比为 1:3)烧结孔隙率低重了 50%以上，且未寓目到任何裂纹。电子甘贵生等 [93] 将 15%Cu 颗粒(500nm)、15%SAC0307 颗粒(500nm)与 70%Zn 颗粒(45μm)搀和变成搀和焊料，正在 240 ℃低温、8MPa 压强与超声辅帮 5s 的景况下获得了均匀剪切强度高达 47.37MPa 的 Cu-Al 接头，Cu 颗粒的参加普及了主体焊料 Zn颗粒的高温耐氧化性，SAC0307 颗粒的参加低重了维系温度，同时使接头中 Zn 颗粒的维系更为严紧，对接头强度的普及有必然激动功用。Zuo 等 [94] 将纳米 Cu 颗粒(100 nm)与微米 Cu 颗粒(1µm)以 9:1 的质料比变成搀和焊料，正在 250 ℃低温、4MPa 压强下烧结 5min 获得了剪切强度领先 20MPa 的 Cu-Cu 接头。除了纳、微颗粒搀和表，还可能正在焊料中直接参加纳米资料 [95] ，如 Yakymovych 等 [96] 向 Sn-3.0Ag-0.5Cu 焊料中增加纳米陶瓷颗粒(SiO 2 、TiO 2 和 ZrO 2 )，正在 250 ℃、300s 下得胜获得了焊料因素分歧的 Cu-Cu 接头，纳米陶瓷颗粒的参加欺压了维系界面处 Cu 6 Sn 5 的发展，改革了接头的微观机闭。

　　除了纳、微颗粒搀和变成搀和焊料表，正在瞬时液相维系(TLP)时间中，也常利用到搀和焊料。瞬时液相维系(TLP)是正在被维系母材中央参加低熔点的中央层，使中央层与局部母材表貌反映，或正在中央层中参加其它金属颗粒以及其它中央层变成搀和焊料，正在加热经过中中央层与母材局部熔化，通过从头凝结或扩散功用天生高熔点的金属间化合物或固溶体而变成维系的经过。极少探究证据正在 TLP 键合经过引入 Ag行动低熔点中央层资料，会正在焊缝中变成固溶体。Shao 等 [97] 利用 TLP 时间正在 280 ℃低温下获得了 Ag-Sn接头，采用厚度为 20μm 的工业纯 Sn 箔行动焊料中央层，350 ℃时效 120h 后接头内的 Ag 3 Sn 晶粒或 ζ 相齐全蜕变为 Ag-Sn 固溶体，接头剪切时爆发韧性断裂；时效年光延伸到 240h 后，Sn正在 Ag-Sn固溶体层中的漫衍愈加匀称；时效延伸到 480h 后(图 21a)，Cu 衬底和 Ag 金属层之间的 Ni 缓冲层被齐全花消，Cu 或Ni 正在初生 Ni-Sn 或 Cu-Sn IMC 中展现出相当大的熔解性，Ni-Sn IMC 慢慢演变为 Cu-Ni-Sn IMC，洪量(Cu,Ni) 3 Sn 颗粒正在接头周围区域的 Ag-Sn 固溶体层内重淀，并形成相连的 Sn 固溶体层内裂纹(图 21)；时效 1000h 后，接头没有爆发紧要的断裂，依然拥有约 40MPa 的高剪切强度。再有文件报道 [98] 正在 Cu/Sn/Cu互团机闭中引入低熔点的 Ag，正在 300 ℃和 0.3MPa 压强下保温 420min 造备了由 Cu 3 Sn+Ag 3 Sn+Ag 4 Sn 构成的 TLP 接头；350 ℃老化 24h 后，Ag 3 Sn 齐全蜕变为 Ag-Sn 固溶体, Cu-Sn IMC 层由 Cu 3 Sn+Cu 41 Sn 11 构成；时效 480h 后，Cu 3 Sn+Cu→Cu 41 Sn 11 的蜕变结果，当时效年光扩大到 960h后 Cu-Sn固溶体正在很多区域与 Ag-Sn 固溶体亲近接触(图 22)，正在时效近 1000h 后，接头依然仍旧较高的剪切强度(>

　　40MPa)，证据接头拥有优异的热牢靠性。

　　跟着半导体时间的开展，第三代半导体可能达成电子器件正在 200 ℃以上安祥处事。当服役温度高于200 ℃时，绝大大都合金焊点的抗劳累职能和抗蠕变职能均无法知足宽禁带半导体器件的封装牢靠性请求，故急需开展新型的耐高温维系时间和资料；瞬时液相维系能使低熔点中央层熔化并与高熔点母材变成维系，很好方单合了第三代半导体资料的封装需求，因而广受行业闭心。瞬时液相维系是介于钎焊与固相扩散焊之间的一种维系手腕，其道理是正在待焊母材中央参加中央层，运用中央层熔化、中央层编造间或中央层与母材之间爆发共晶反映变成的液相填充间隙，通过液相组元向固态母材中的扩散达成等温凝结和因素匀称化。TLP 时间的中央层资料务必拥有较低的熔点，常用的低熔点资料有 Sn 、Bi 以及 In 等元素，能与这些元素变成高熔点金属间化合物的有 Cu 、Ni、Ag 以及 Au 等元素。因此，TLP时间可能达成资料的低温维系和高温利用，是封装宽禁带半导体器件的可行时间，且该时间维系获得的接头职能优异，并且适合维系异常资料，如单晶资料、前辈陶瓷、金属基复合资料等。但该时间也有存正在极少彰彰的过失，如维系半导体器件需先正在母材表貌镀覆金属，扩大了本钱和工序；维系时保温年光较长，并且维系已毕后往往还须要退火执掌；固然耐高温本领比拟守旧焊料合金有彰彰普及，然而脆性的金属间化合物的高温牢靠性仍存正在隐患；工艺统造手腕略微繁杂，须要避免反映不弥漫或者过反映；低熔点的中央层资料的拔取较少，导致搀和焊料品种简单，因此利用也受到了较大控造。

　　超声互连拥有维系年光短、温度低、压力幼、接头导电职能和呆滞职能好、对处境友情等繁多甜头，普遍利用于电子封装周围。它的道理征求：①当超声波功用于液体(或熔体)焊料时，液体内个人展现拉应力而变成负压，压强的低重使历来溶于液体的气体过饱和而从液体中逸出，变成幼气泡，这些幼气泡正在超声波功用下形成振动，当声压抵达必然值时，气泡将疾速膨胀，然后蓦然闭合，正在气泡闭当令形成的袭击波可变成瞬时的高温高压，使得某些正在常温常压前提下不或许爆发的化学反映得以实行，或使极少原来熔点较高的焊料个人熔化并变成联合，这种功用称为超声的空化效应 [108] ；②当超声波功用于固体焊料时，正在超声振动功用下，焊料与母材爆发激烈碰撞，要是焊料是固体颗粒则将加快铲除氧化膜，超声的高能量和焊料颗粒的高活性激励并加快界面反映。超声互连时间能正在必然水准上改革封装温度与接头维系职能，目前闭于超声互连时间的探究许多，正在电子封装周围闭键聚合正在 Al [109] 和 Cu [110,111] 等金属资料基板以及陶瓷资料 [112] 等方面。

　　闭于超声波功用于液体(或熔体)焊料的探究，闭连报道有很多。关于陶瓷与金属的互连，Kolenak 等[113] 运用 Zn-Al-Mg 焊料将 AlN 与 Cu 基板正在 370 ℃温度下通过超声功用直接维系，其接头是因为活性的Zn、Al 和 Mg 与 Cu 基板表貌彼此功用而变成的，没有变成新的过渡相，运用 Zn-5Al-3Mg 焊料变成的AlN-Cu 接头最大剪切强度为 47MPa，运用类似焊料变成 Cu-Cu 接头的最大剪切强度为 93MPa。Wu 等 [114]采用 Sn-Zn-Sb 焊料，正在 250 ℃低温超声辅帮下已毕了 Al 2 O 3 陶瓷与 Cu 的维系，Al 2 O 3 /Sn-Zn-Sb 界面无反映层，焊料填充陶瓷表貌的凹槽，变成了坚固的呆滞联合，接头剪切强度抵达了24.79MPa。上述探究固然正在低温下达成了陶瓷与金属的互连，但陶瓷与金属间未达成冶金联合，这或许导致接头强度担心祥。对此，Xu 等 [115] 正在 250 ℃低温、超声辅帮 0.5s 的前提下获得了蓝宝石与 Sn-3.5Ag-4Al 焊料的维系接头，超声辅帮焊接之前，先正在分歧年光的超声波热浸下造造接头，正在焊接经过中，当超声热浸年光为 10~50s时，接头的剪切强度从 14MPa 疾速普及到 25MPa；正在加强经过中，跟着超声热浸年光从 100s 延伸到300s，接头的剪切强度从 32 MPa 平缓普及到 40MPa。Wu 等 [116] 正在 250 ℃低温超辅帮功用下，使 SiC表貌因为高温氧化而变成的 SiO 2 与 Sn3.5Ag4Ti 活性焊料中的 Ti 爆发反映，正在界面处变成纳米厚度的非晶SiO 2 -Ti 层，激动了两种分歧晶体之间的联合，其接头的剪切强度约为 28MPa；当运用 Zn-5Al-3Cu 焊料[117] 、Sn-9Zn-2Al 焊料 [118] 以及 Zn-Al-Mg 焊料 [119] 时，同样采用超声辅帮对 SiC 实行低温维系，均能获得较高剪切强度的接头。

　　除了陶瓷与金属的维系表，超声互连时间也普遍利用于金属之间的维系。Ji 等 [120] 运用 Sn-0.7Cu 焊料，正在超声辅帮 250 ℃低温、0.2 MPa 压强的前提下得胜维系了 Cu 与 SiC(镀层为 Ag、Ni)，当超声辅帮 5s时接头的剪强度抵达最大值 80.7 MPa；当超声辅帮 10s 时获得了由 8μm (Cu,Ni) 6 Sn 5 和 1.5μm Cu 3 Sn 构成的全 IMC 高职能接头，固然接头强度略微低重到 69.0 MPa，但该接头具有比守旧回流焊接头更高的熔点、导热率和呆滞强度。Bi 等 [121] 正在 140 ℃低温氛围中达成了纯 Cu 与 Sn-In 焊料的超声辅帮瞬时液相维系，超声 30s 时接头剪切强度抵达最大值 22.76 MPa，通过寓目断口发觉，断裂爆发正在细晶 Cu 6 Sn 5 的表貌，脆性断口局部被粗晶 Cu 11 In 9 笼盖。Yi 等 [122] 采用泡沫 Cu 行动加强机闭，250 ℃时 Cu 基体与泡沫 Cu/SAC305复合焊料层之间变成了优异的冶金联合，超声空化效应惹起的晶粒细化明显地普及了焊点的剪切强度，泡沫 Cu/SAC305 复合焊点的剪切强度高于 SAC305 焊点。

　　当超声波功用于固体焊料时，能使焊料颗粒与母材爆发激烈碰撞，加快铲除氧化膜，超声的高能量和焊料颗粒的高活性激励并加快界面反映。Ji 等 [123] 将 40μm Sn 颗粒与 10μm Ni 颗粒通过呆滞搀和后行动焊料，正在超声辅帮、250 ℃低温和 0.4MPa 压强下得胜获得了 Ni-Ni 接头；跟着 Ni 颗粒的参加接头中Ni 3 Sn 4 的含量慢慢扩大，当 Ni 含量抵达 24wt.%时接头简直由简单的 Ni 3 Sn 4 构成，接头剪切强度抵达 43.4MPa。甘贵生 等 [11,124-126] 采用 45μm Zn 颗粒与 20~38μm SAC0307 颗粒搀和变成焊料填充接头的新手腕，正在超声辅帮、220 ℃低温下得胜达成了 Cu-Cu 的低温互连，接头剪切强度达 34.2MPa，正在 150 ℃时效 6h 后剪切强度低重到 23.82MPa，12~48h 后降至 21~22MPa，96h 后降至 16.58MPa。另表，他们还通过向SAC0307 焊膏中参加 0.5%的纳米 Ni 颗粒(80nm)来普及接头的维系职能 [127,128] ，正在超声辅帮 5s、210 ℃低温的景况下获得了剪切强度高达 41.20MPa 的 Cu-Cu 接头，较 SAC0307 焊膏获得的 Cu-Cu 接头剪切强度(31.59MPa)凌驾了 30.4%。为了进一步探究超声功用于固体焊料时的最佳超声工艺，Jiang 等 [129] 采用双超声工艺，运用 40%Zn+60%SAC0307行动焊料正在 220 ℃的低温下得胜达成了 Cu-Al 异质资料的高质料互连，与单超声辅帮互连比拟，双超声工艺下所获得的 Cu-Al 接头焊缝中 IMC 愈加平整，构造愈加匀称，接头的均匀剪切强度比单超声接头普及了约 18%。

　　另表，超声互连时间正在电子封装周围的另一个苛厚利用是超声引线键合，该时间运用压力和超声振动获得高牢靠性互连，从 20 世纪 60 年代起，电子封装商场就继续被这项时间所主导。该时间可正在超短的年光内(数十到数百毫秒，取决于引线直径和资料)达成高质料互连，引线/基板界面会展现特地繁杂的物理情景。因为这些情景的动态转化、较短的执掌年光和封锁的界面，原委几十年的运用，对其潜正在机造仍缺乏很好的剖判。凭据最新的探究 [130-132] ，超声引线键合经过可分为四个阶段：正在第一阶段，因为压力的功用，金属丝开始爆发塑性变形，超声振动被激活，但只须振幅不足大，导线仍粘正在基板上；第二阶段中，当振幅领先阈值时，导线和基板之间先导摩擦；第三阶段为软化阶段，此时引线与基板界面爆发相连塑性变形并变成微焊缝；正在第四阶段中，界面变成微焊缝，爆发互扩散情景。

　　超声互连时间闭键是应用超声波正在液体或熔体中形成的空化效应和正在固体中对固体焊料颗粒以及母材表貌氧化膜的铲除功用，因此正在维系经过所需分表施加的温度较低，这与电子封装的低温化开展趋向完好契合，其甜头闭键有：可维系资料畛域广，不受资料自身职能的控造，如 Al、Cu、Mg 等金属和 SiC、Al 2 O 3 等陶瓷以及极少复合资料的维系均可运用；维系职能优异，接头强度较高，还可通过向焊料中参加巩固相如 [133] ：纳米金属粒子、陶瓷粒子、碳纳米管、石墨烯等来优化维系职能；维系经过中不须要对母材实行异常的表貌执掌，不须要增加帮焊剂，焊点坚固牢靠、力学职能优异；可数字式统造维系工艺，能裁汰维系缺陷，普及坐蓐功效，低重坐蓐本钱等。

　　飞秒激光行动一种前辈的加工时间，以其“冷加工”、多光子非线性效应、冲破衍射极限等特质可达成对肆意资料由微纳到宏观标准繁杂三维零件的紧密加工，正在微纳和紧密呆滞、微纳电子、微纳光学、表貌工程、生物医学等周围展露了庞杂的商场利用远景 [134] 。飞秒激光利用于电子封装周围闭键有两个功用，一是用于造备维系母材表貌的微纳机闭，这是运用了飞秒激光超短的脉冲延续年光和极高的辐照强度，通过调度激光功率、扫描速率和扫描间隔等加工参数，可能对资料表貌实行执掌或改性，进而便利地正在资料表貌造备出微纳机闭。比方，Wang 等 [135] 提出了一种普及界面联合强度的有用手腕，即运用飞秒激光正在 Cu 表貌造备 Cu 微锥阵列(锥形高度约为 55~60µm，两个相邻锥形之间的隔绝约为 50~60µm)如图 24 所示，中央焊料运用烧结纳米 Ag 浆，正在较低的维系温度和表加压力下纳米 Ag 浆很容易烧结成型，并与 Cu微锥阵列变成优异的联合，基于接触面积的扩大和呆滞互锁功用，260 ℃下获得的低温互维系头的剪切强度达 65.53MPa。正在文件 [136] 中，探究者提出了一种运用飞秒激光造造微锥阵列和 Ag-Zn-Cu 金属间化合物行动辅帮资料键合 Cu 的手腕，微锥阵列惹起的接触面积扩大以及金属间化合物发展惹起的呆滞锁紧功用对键合接头供应了更好的呆滞职能，正在 300 ℃低温、30min 保温年光下获得的接头剪切强度可达 120MPa。Zhai 等 [137] 运用飞秒激光正在 SiC-SiC 表貌加工微槽机闭，造备处境阻隔涂层(EBCs)，飞秒激光加工微槽机闭拓宽了 EBCs 与 SiC-SiC 表貌的接触面积，正在 EBCs 与 SiC-SiC 表貌之间变成了互锁机闭，联合强度可普及约 5.5%，抵达临界负荷的年光延伸了 11.2%。Chen 等 [138] 运用分歧扫描速度的飞秒激光刻蚀 Al-Li 合金表貌，正在扫描速度为 25、20、15、10 和 5 mm/s 时，样品的表貌自正在能辞别普及了 133%、170%、192%、169%和 95%，样品的联合强度辞别普及了 81%、95%、107%、91%和 78%。Jiang 等 [139] 提出了一种基于飞秒激光筑设资料表貌微纳机闭的手腕来普及 W-Cu 接头的维系强度，开始采用飞秒激光烧蚀法正在W 表貌计划并造备了 4 种表貌机闭即原始机闭、纳米纹波、微立方阵列和微坑阵列，然后通过热压维系获得 W-Cu 接头，原委飞秒激光表貌执掌的 W-Cu 接头联合强度抵达了 120.43MPa，高于未原委飞秒激光烧灼执掌的接头强度(101.58 MPa)。

　　飞秒激光利用于电子封装周围的第二个功用是运用激光形成的庞杂热量，抵达瞬时加热的目标，激光瞬时加热拥有功率密度高、加热疾速和热影响区幼等甜头。Jang 等 [140] 运用激光辅帮键当令间(LAB)将Cu 凸点与 Si 晶片实行维系(图 25)，正在 LAB 经过中 Si 晶片所摄取的激光光能被转换为热能，然后热量通过晶片传导到下方的 Cu 凸点和 SAC305 焊料中，将焊料刹时加热至熔化温度，尔后冷却至室温已毕键合。Liu 等 [141] 运用激光辅帮烧结纳米 Ag 颗粒的手腕键合 Si 片与 Cu 衬底(图 26)，增大表加压力、激光功率、烧结温度以及辐照年光可直接普及接头的剪切强度，正在 3MPa 压强、70W 激光功率和 1min 极短辐照年光下键合接头的剪切强度抵达了 10MPa，5min 时剪切强度可抵达 20MPa，与常例几相等钟烧结所获得的接头剪切强度相当。Furuya 等 [142] 采用激光功率为 6kW、转移速率为 200mm/min，正在 15L/min 通畅量的 Ar气回护下达成了 Al-Cu 激光钎焊，焊料中参加 Ni 后接头强度由历来的 61MPa 擢升到 100MPa。Kim等 [143]提出了一种迅疾、高效的玻璃(熔融 SiO 2 )微流体器件筑设工艺，玻璃基板正在氢氟酸(HF)中 刻蚀

　　20~30min后再运用脉冲能量为 2.7µJ、转移速率为 20mm/s 的飞秒激光对其实行维系，其接头可秉承起码 1.4MPa 的压强且没有任何揭发或分割，这比守旧的聚二甲基硅氧烷(PDMS)/玻璃接头或PDMS/PDMS 接头所能秉承的最大压强高 3.5 倍。Richter 等 [144] 运用超短飞秒激光焊接熔融 SiO 2 ，他们将飞秒激光脉冲聚焦到两个接触的熔融 SiO 2 样品界面上，激光正在聚焦场所形成瞬时个人热量，优化工艺参数后获得的 SiO 2 接头抵达了 SiO 2 块状资料破断应力的 75%。Chambonneau 等 [145] 采用皮秒超疾激光对 Si、Cu 实行维系，裁汰了 Si 的非线ps的脉冲延续年光下获取了剪切强度为 2.2MPa的维系接头。Penilla 等 [146] 采用分歧脉冲长度的激光实行 ZrO₂陶瓷之间的维系(图27)，发觉采用飞秒脉冲长度的中转速(50(°) s −1 )维系的接头剪切强度最低约为 7MPa，运用皮秒脉冲长度的低转速(30（°）s −1 )获得的接头剪切强度均匀为 17MPa，运用皮秒脉冲的中转速(50(°) s −1 ) 获得的接头剪切强度约为 40MPa，获取的接头最高剪切强度与700~900 ℃的高温下陶瓷与金属的扩散维系获取的接头相当。

　　个人加热时间是指正在封装经过中使热量仅聚合正在键合区的轻细个人，固然有局部热量从加热键合区传导出来，但因为加热年光短，热容量有限，衬底依然仍旧低温，这能有用避免了高温对温度敏锐部件的倒霉影响，低重了键合热应力，从而普及了封装质料和造品率。另表，个人加热也低重了完全加热封装经过中母材间的杂质扩散，普及了器件职能。Sosnowchik 等 [147] 正在 Si 表貌用 Au、Ag、Ni 以及 SAC305焊料行动涂层，运用个人感到加热将 Si 与钢实行维系，联合经过仅用时 3~5s 且不会粉碎钢的表貌执掌工艺。Chen 等 [148] 拔取适应的高频电源频率和优化感到线圈，仅正在几秒钟内达成了密封封装的迅疾拔取性感到加热，所有加热经过中惟有个人区域(征求盖、金属环和焊环)能被有用加热到预订温度以熔化焊料，而陶瓷封装体和芯片仍旧正在低温形态下，有用避免高温对温度敏锐的芯片或电道变成的损坏。Liu 等 [149] 提出了一种通过电磁感到线圈个人加热的新型陶瓷封装手腕，高频(f=350kHz)感到加热时焊料回道相近的温度正在几秒钟内就能抵达 320 ℃，而陶瓷底部的温度仅为 100 ℃，从而避免了陶瓷封装体内部温度敏锐元器件和集成电道的高温损坏，接头的剪切强度最高抵达了 13.96 MPa。ng体育Peng 等 [150] 报道了一种正在 Ag 纳米线膏与 Cu 衬底维系经过中的自愿个人加热机造，个人加热机造去除了焊膏中的有机化合物并巩固了 Cu-Ag、Ag-Ag 之间的金属键合，正在低温无压前提下接头剪切强度为 5.7 MPa，且正在 101.3nOhm·m 畛域内展现出超低电阻率。再有文件 [151] 报道了一种晶圆级封装的个人感到加热手腕，探究发觉焊料环周围宽度(0.1~0.5mm)越大，加热速率越疾，焊料环与环中央的温差约为 180 ℃，讲明该手腕拥有彰彰的个人加热效应。

　　微机电编造(MEMS)是正在闲居糊口中普遍利用的微标准器件，其洪量利用于生物医学、汽车和航空航天、通讯、电力和能源等方面。Yang 等 [152] 报道了一种用于 MEMS 器件晶圆级封装的新型键合手腕如图28 所示，采用电磁线圈对 Si 衬底上的电镀磁膜(Ni-Co 合金)实行个人感到加热，当温度抵达 183 ℃时，Ni-Co 合金表貌的 Sn-Pb 镀层熔化，正在 1min 内就能获得剪切强度高于 18MPa 的 Si-Si 键合接头，弥漫裁汰了高温对 MEMS 器件带来的影响。目前，MEMS 器件的典范计划规则是其组件表貌避免接触，由于接触表貌摩擦所形成的粘滞情景关于器件来说是致命的。对此，Gkouzou 等 [153] 正在 MEMS 配置上参加了感到线圈，对其接触表貌实行个人加热，只需将一个表貌加热到 300 ℃以上，就可能将表貌的粘附力从500nN 低重到 200nN，正在低重表貌粘附力的同时还包管了 MEMS器件不受到高温的影响。

　　搅拌摩擦钎焊是以表貌摩擦热为热源，采用无搅拌针东西并辅之以能与母材反映的钎料，能以冶金反映(共晶反映为主)替代塑性活动达成去膜并拓宽焊幅，是搅拌摩擦搭接焊与钎焊的更始工艺，能处置搅拌摩擦搭接焊存正在的搅拌针磨损、匙孔、焊幅狭隘、钩状缺陷等题目。甘贵生等 [154-156] 采用搅拌辅帮低温(半固态区间)钎焊时间，正在 222 ℃的低温下造备了 Sn-0.68Cu-0.45Ag＋1%Ni 颗粒(80nm)纳米复合钎料钎焊接头，呆滞搅拌正在粉碎树枝晶和加快元素扩散的同时低重了液相的温度梯度和因素过冷，大大弱幼了钎料基体中金属间化合物 Cu 6 Sn 5 的枝晶发展，促使针状 Cu 6 Sn 5 粉碎呈短棒状，接头剪切强度从 26.56MPa 普及到 32.64 MPa，普及了 22.9%。Daly 等 [157] 采用永磁搅拌(PMS)来改良 Sn-2Ag-0.5Cu(SAC205)焊料的晶体织构和耐蚀性，PMS执掌后 SAC205 焊料的侵蚀速度从 31 mpy 显着低重至 8 mpy，PMS 将层状机闭蜕变为等轴晶。

　　脉冲电流键合 [158] ，又称火花等离子烧结，常用于激光透后资料或大尺寸资料的维系，键合经过如图29。该时间是通过脉冲电流与压力正在真空中的协同功用低重键合温度，工艺参数征求键合高度、施加压力和加热速率等。Lin 等 [159] 初次运用摩擦电纳米发电机(TENG)来驱动阳极键合，固然阳极键当令间已普遍利用于微机电编造(MEMS)封装或太阳能电池封装，然而守旧的键合电源须要高电压和大电流，正在键合经过中形成了庞杂的能量损耗，控造了阳极键合的普遍利用。基于 TENG 的阳极键合编造拥有更低的电流和更少的搬动电荷请求，正在 350 ℃和 TENG 的驱动下，100 mm 2 的 Si/玻璃界面可能正在 30s 内严紧联合，剪切强度为 15.38 MPa，而运用 TENG 驱动的两步阳极键合法获得的 Si/玻璃/Si 接头牢靠性优异，最大剪切强度抵达了 8.49 MPa。Xin 等 [160] 运用脉冲电流键合(SPS)，得胜达成了 Cu 纳米晶与 Si 3 N 4 (Ti 镀层)的维系，由蕴涵 Ti 4 Cu 2 O (Ti 3 Cu 3 O)的 Cu 层和 Ti 2 O 层所变成的两层机闭的接头拥有最好的联合职能，剪切强度抵达了 42.93N/cm 2 。

　　为了延续以至超越摩尔定律，电子元器件的封装密度陆续普及，这也导致其功率以及服役温度陆续普及，守旧的电子封装时间已很难知足电子元器件“低温封装，高温服役”这一请求。采用低温电子封装时间或许处置电子元器件正在封装经过中，因温渡过高而惹起的牢靠性题目，同时还能知足其正在高温处境下安祥服役。然而何如普及电子元器件永远高温服役前提下的牢靠性，以及采用低温电子封装时间时接头剪切强度不足高、安祥性不足好，或工艺清贫、本钱偏高、时间是否为处境友情型等题目，还须要探究者们陆续物色。

　　正在母材方面，表貌活化是运用高能粒子轰击使母材表貌的有机物及杂质正在真空处境下瓦解达成母材表貌能量低重，进而达成母材间键合，可利用于陶瓷资料与陶瓷资料、金属资料与金属资料、金属资料与陶瓷资料之间，但对氧化物类资料像 SiO 2 、石英等不实用；表貌活化所变成的接头键合强度较低，可实行退火执掌以普及强度，但较高的退火温度或许导致资料热变形，故凡是运用正在母材上重积附着层的手腕来普及键合强度，然而该手腕存正在须要极高真空编造、配置高贵、大范畴坐蓐本钱较上等过失。母材表貌纳米化是正在母材表貌溅射纳米维系层或变成纳米尺寸机闭，正在纳米机闭上涂覆纳米资料或正在母材表貌直接天生纳米资料，运用纳米资料异常的物化本质抵达低重封装温度目标；但拥有极高表貌能的纳米资料极易氧化，正在维系前就有或许爆发聚拢，过分纳米化会导致氧化反映更为紧要，氧化物更难去除，同时其造备工艺和本钱也倒霉于多量量坐蓐。电子SAM 运用自拼装单层膜行动母材表貌的权且回护层，可防守母材正在氛围中迅疾氧化和污染，表貌执掌工艺粗略、本钱低廉，但若要使 SAM 抵达更好的防氧化目标，只可拣选链长更长的单层膜，这就势必扩大了齐全去除烷烃硫醇的难度，其闭连探究再有待深化。

　　正在焊接资料方面，纳米资料或纳米复合焊料是运用纳米资料的体积效应、表貌效应、量子尺寸效应等达成资料极高表貌能和熔化温度低重，进而达成低温互连；因为纳米颗粒实行烧结会施加必然的压力，或许会对电子器件变成毁伤，为了裁汰压力带来的副功用，须要选用无压烧结的式样实行封装；纳米资料或纳米复合焊料所获得的接头强度较低，为了扩大强度，凡是采工拥有纳米描述的块体资料行动维系层，或者直接对母材表貌实行纳米化执掌。低温焊料是运用焊料自身的低熔点性格达成低温互连，但 Sn-Bi 合金较脆、Sn-In 合金较软；为了改革低温焊料职能，向此中参加极少其他物质，如合金元素、稀土元素或纳米资料等，起到细化合金内部机闭，减幼 IMC 尺寸，扩大焊料潮湿性的功用，必然水准上也普及了接头强度。纳米-微米颗粒搀和焊料，纳米颗粒可能使烧结接头更为致密，而微米颗粒可能减轻烧结时颗粒的聚会和裂纹的变成；正在被维系母材中央参加低熔点的中央层，使中央层与局部母材变成搀和焊料的瞬时液相维系，正在加热经过中中央层与母材局部熔化，通过从头凝结或扩散功用天生高熔点的金属化合物而变成维系，该手腕维系变成的接头职能优异，并且适合维系异常资料，如单晶资料、前辈陶瓷、金属基复合资料等，但因为中央层资料的拔取较少，导致搀和焊料品种简单，因此利用受到较大控造。

　　正在封装手腕方面，当焊件的厚度及硬度较高时，超声互连所需功率呈指数增大，所以扩大了工艺本钱；凡是景况下，将超声与其他时间合理组合、搭配运用，或者将超声行动辅帮技能，以其它封装时间为主，可能最大水准地低重工艺本钱，普及维系强度。飞秒激光时间的激光峰值功率高，容易惹起资料解离，且热效应幼，加工精度高，正在资料紧密加工方面有特其余上风，利用畛域普遍；但切确拣选激光参数仍拥有较浩劫度，时间和所需配置加工本钱较高，对资料切确加工统造时间请求也较高，控造了时间的普遍推行；激光瞬时加热封装时间是指正在封装经过中使热量刹时擢升以抵达封装需求，其加热功率密度高、加热安祥且热影响区幼，但该手腕须要样品对激光透后，还须要瞄准激光，工艺较繁杂，难以批量坐蓐。个人加热封装时间是指正在封装经过中使热量仅聚合正在键合区的轻细个人，运用了感到线圈、微波等加热手腕，有用避免了高温对温度敏锐部位的倒霉影响，低重了键合热应力，从而普及了封装质料和造品率；但仍存如感到加热须要分表铺排加热线，扩大了工艺的繁杂性，以及微波加热配置高贵且务必正在线) 开展宗旨

　　正在母材方面，无论是表貌活化依旧表貌纳米化，都能起到改性母材表貌的目标，但基于高贵的配置、冗长的筑设工艺及易氧化的性格，较高的坐蓐周期和本钱倒霉于大范畴坐蓐；基于 OSP 焊盘的造备先例，正在母材表貌造备权且回护层的 SAM，表貌执掌工艺粗略、本钱低廉，若能拣选链长更长的易去除的单层膜，势必会加疾利用过程。

　　正在焊接资料方面，烧结纳米 Ag、纳米 Cu 或纳米 Cu 6 Sn 5 等及其改性纳米焊料(或焊膏)，或许达成低温烧结维系，但因为纳米颗粒极易氧化，烧结之后容易形成空虚等缺陷，其永远牢靠性没有获得弥漫的验证，限造了其大范畴推行；Sn-Bi 低温焊料熔化温度较低，但 Sn-Bi 低温焊料太脆及 Bi 偏析题目永远无法处置，加之其不拥有高温服役性格，故只可用于极个人场面；纳米-纳米、纳米-微米颗粒搀和焊料，弥漫阐发纳米和微米颗粒的性格，达成两者职能的互补，拥有必然的利用根源，但纳米颗粒氧化、颗粒聚会和搀和不匀称是其务必的降服题目；参加低熔点的中央层与局部母材变成搀和焊料的瞬时液相维系，正在较低的维系温度下通过扩散天生拥有高熔点金属化合物焊点，焊点拥有较好的高温热牢靠性，拥有较好的开展远景，但坐蓐经过中其扩散年光往往无法秉承，若能拔取适应的扩散元素并加疾其扩散过程，必将胀励瞬时液相维系焊料的利用。

　　正在封装手腕方面，感到加热、微波加热、飞秒激光、脉冲电流等都是运用瞬态或个人加热达成焊缝处迅疾温升，而母材温升转化不彰彰的特色，使焊料正在极短年光内熔化从而达成维系，这对加热式样和能量密度提出了新的请求，同时较大的温度梯度会变成资料间膨胀不结婚扩大开裂和应力聚合的危急。超声和呆滞搅拌，是通过加疾焊料颗粒(或熔体)的运动和碰撞，加快原子运动转移的同时，达成焊料颗粒与母材的碰撞去膜、以至形成个人热效应进而达成维系，低重焊接温度功用彰彰，但呆滞搅拌变成表来颗粒的混入和气孔缺陷无法降服，超声搅拌拥有与焊缝非直接接触的上风能很好的降服上述题目，拥有较好的利用远景。

　　处置某一个时间题目一贯都不是独处的计划，惟有从母材、焊材及焊接办腕同时入手，才略抵达最佳时间成果。作家近期提出采用微米级搀和焊料并辅以超声振动，正在低温下(180 ℃)达成了 Cu-Cu 固彼此连(见图 30)，焊点剪切强度达 29.76MPa，齐万能知足封装须要。项目通过焊料颗粒化，焊前仍旧分歧焊料独立的物理属性，低温焊接时复合焊料颗粒间通过变成固溶或共晶或变成 IMC 达成颗粒间维系；超声加快碰撞铲除母材表貌的氧化膜，加快颗粒转移运动进而加疾原子扩散，达成焊料和母材间联合。该计划焊料颗粒为微米级故而不易氧化，焊前颗粒不爆发反映和熔合所以拥有振动的最大自正在度，焊接经过中无需帮焊剂，超声振动下颗粒搀和愈加匀称，焊缝质料高，拥有较好的探究和利用远景。

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