日本東北大學與產業技術綜合研究所(AIST)共同開發出一項新半導體封裝技術。該技術-將表面活性化接合與模板剝離(Template Stripping)的技術予以結合,製作出具有中空金字塔結構的微凸塊(Micro Bump),並且能夠在低溫下實現異種材料的高強度接合。
微凸塊是為了連接半導體晶片與電路基板側電極而形成的微小突起端子,直徑僅為數μm到數十μm。隨著半導體晶片高度集積化與高機能化的發展,微凸塊被視為不可或缺的先進封裝技術。然而,以往的技術需要約300℃的高溫才能完成接合,容易對晶片造成損傷。雖然目前已有低溫接合方法提出,但由於應力集中在微凸塊的頂端,晶片與基板仍可能受損。
東北大學研究團隊此前已利用表面活性化技術,實現在大氣中的常溫環境下接合金(Au)的研究。此次更進一步將「表面活性化接合」與從經微細加工的模板上剝離堆積之金屬膜的「模板剝離」技術結合,並成功地透過轉寫,形成中空結構的Au微凸塊。
研究團隊利用有限元素法對於接合過程中的應力分佈進行模擬。結果顯示,相較於一般實心凸塊,中空微凸塊可以有效分散接合時的應力,降低損傷風險。
此外,研究團隊也利用中空微凸塊在大氣環境下以150℃進行矽晶片的接合,並測試其剪切強度。結果發現,晶片本身先於接合部破裂,由此可知接合部極為牢固。研究團隊指出,這是因為在接合時發生的塑性變形會形成新的金屬表面,即使在低載荷與低溫環境下,仍能大幅提升接合的密著性。