自從IBM于20世紀(jì)60年代開發(fā)出可控塌陷芯片連接（Controlled Collapse Chip Connect，C4）技術(shù)，或稱倒裝芯片技術(shù)，凸點(diǎn)鍵合在微電子封裝領(lǐng)域特別是芯片與封裝基板的鍵合中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著3D封裝技術(shù)的發(fā)展，凸點(diǎn)鍵合技術(shù)也被應(yīng)用于芯片-芯片、芯片-圓片鍵合及封裝體的3D疊層封裝。凸點(diǎn)鍵合技術(shù)的主要特征包括：

（1）凸點(diǎn)鍵合技術(shù)通常使用焊料（如Sn或SnAg）或其他低熔點(diǎn)共晶組合作為凸點(diǎn)材料，并在加熱過程中使其熔化或相互擴(kuò)散以達(dá)到鍵合的目的；

（2）凸點(diǎn)鍵合過程經(jīng)常涉及金屬間化合物（Intermetallic Compounds，IMC）的形成；

（3）在凸點(diǎn)鍵合技術(shù)中，一般需要制作凸點(diǎn)下金屬（Under Bump Metal，UBM）層，以增加凸點(diǎn)的黏附性，并限制低熔點(diǎn)金屬向芯片金屬布線層的擴(kuò)散，以及過多IMC的形成。

隨著近年來高密度互連的需求，凸點(diǎn)鍵合技術(shù)向著超小節(jié)距（Ulltra-Fine Pitch）方向發(fā)展出了銅柱和固態(tài)鍵合等技術(shù)。如圖1所示，隨著凸點(diǎn)節(jié)距的縮小，要求凸點(diǎn)中所使用的焊料量也減少，甚至無焊料鍵合（Solder-Less Bonding）或無凸點(diǎn)鍵合（Bump-Less Bonding），以避免在焊料熔化過程中產(chǎn)生鍵合凸點(diǎn)之間的橋接等風(fēng)險(xiǎn)。表1列舉了幾種金屬鍵合方法及其鍵合溫度。

圖1焊料凸點(diǎn)、銅柱微凸點(diǎn)、微凸點(diǎn)固態(tài)鍵合及無凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)示意圖

表1幾種金屬鍵合方法及其鍵合溫度

無凸點(diǎn)金屬鍵合可采用的金屬包括鋁、金、銅、銀等。與其他金屬鍵合相比，銅-銅鍵合可實(shí)現(xiàn)更小的電阻、更小的功率損耗、更好的抗電遷移特性、更好的散熱和熱可靠性。因此，銅-銅鍵合是實(shí)現(xiàn)高性能高密度3D芯片的理想3D互連技術(shù)。隨著IBM在1997年宣布采用銅互連技術(shù)，研究人員開始了銅-銅鍵合技術(shù)的研究。目前銅-銅鍵合有兩種主要的鍵合方法，即熱壓鍵合（TCB）與表面活化鍵合（Surface Activated Bonding，SAB）。接下來主要介紹銅-銅熱壓鍵合與表面活化鍵合的基本機(jī)理。

文章來源：功率半導(dǎo)體生態(tài)圈

審核編輯：湯梓紅