日本Elephantech開發出一項可在無加壓條件下實現高接合強度的功率半導體用接合材料「SAphire D02」。新材料可應用於半導體晶片與基板之間的晶粒接合(Die Attach)材料,以及基板與散熱板之間的熱介面材料(Thermal Interface Material; TIM)等用途。
過去功率半導體晶片與散熱基板大多採用焊料接合,但隨著半導體發熱量持續提升,既有焊料逐漸面臨再熔融與散熱能力不足等問題。因此,具備高熱傳導性、且在高溫環境下不易再熔化的燒結型接合材料在近年受到高度關注。
Elephantech於2026年3月曾推出低溫燒結型銅奈米漿料「SAphire D01」。此材料利用獨家技術,即使降低銅奈米粒子添加量,仍能達成低溫燒結。然而,為了取得足夠接合強度,SAphire D01仍須採用加壓接合製程。此次新開發的「SAphire D02」則延續了D01的低溫燒結特性,同時進一步實現無加壓條件下的高強度接合。實驗中,Elephantech以SAphire D01與D02分別進行兩種接合測試,包括銅基板與銅材料接合,以及經鈦/金(Ti/Au)處理的矽晶片與銅基板接合,並在甲酸氣氛下進行60分鐘無加壓燒結,評估不同溫度下的接合強度。
結果顯示,在Ti/Au處理矽晶片與銅基板的接合測試中,SAphire D01於250℃無加壓燒結時的接合強度僅1.6 MPa;相較之下,SAphire D02可達到29.7 MPa,大幅提升了接合性能。若以一般焊料約20 MPa的接合強度作為基準,SAphire D02在銅對銅接合時可於200℃達成,在矽晶片對銅基板接合時則可於250℃無加壓燒結下達成同等強度。
此外,即使在氮氣氣氛下進行無加壓燒結,只要將溫度提高至280℃,SAphire D02同樣能獲得足夠的接合強度,顯示其具備良好的製程適應性與高溫可靠性,今後可望成為新一代功率半導體封裝與散熱接合的重要材料。