常见缺陷分析与解决方案

缺陷一：烧结层开裂或与芯片/基板剥离

现象：烧结后或在进行可靠性测试时，烧结层出现宏观裂纹，或从芯片/基板上整体脱落。

根源分析：

干燥应力过大：在溶剂挥发阶段（预热区），升温速率过快，导致表层迅速干燥结皮，内部溶剂汽化时顶破表层或产生巨大内应力。

热失配应力：银膏的烧结收缩率与芯片/基板不匹配，在冷却过程中产生巨大的拉应力。

界面污染：芯片或基板表面有氧化物、有机物污染，导致界面结合力先天不足。

解决方案：

严格控制升温速率：在100-200℃的有机物挥发关键区间，将升温速率降至 1-5℃/分钟。这是避免开裂的最有效措施。

优化烧结曲线：增加一个或多个低温保温平台（如120℃、150℃），让溶剂和低分子聚合物有充足时间平缓地逸出。

保证界面清洁：对芯片和基板进行严格的等离子清洗（O₂/Ar）或超声清洗，确保表面能高且无污染。

缺陷二：孔隙率过高、不致密

现象：烧结层表面粗糙，内部存在大量孔隙，导致导热、导电性能不达标。

根源分析：

有机物残留：烧结温度不足或时间不够，导致高分子粘合剂未能完全分解碳化，留下气孔和碳渣。

颗粒快速团聚：升温过快，纳米颗粒在未完成致密化排列前就过早烧结，将孔隙“锁”在内部。

气氛不当：在空气中烧结，某些有机物燃烧不充分。

解决方案：

确保“有效烧结温度和时间”：不仅要达到设定温度，更要确保在峰值温度下有足够的保温时间（如250℃下30-60分钟），让银原子充分扩散和孔隙收缩。

使用还原性气氛：在氮氢混合气（如N₂ 95% + H₂ 5%） 中烧结。氢气能有效还原银表面氧化物，并促进有机物分解为水和碳氢气体而挥发。

优化膏体印刷/点胶：避免涂覆过厚，厚膜在干燥过程中更容易因溶剂挥发不均而产生孔隙。

缺陷三：烧结层均匀性差（空洞、变色）

现象：烧结层表面颜色不均，出现深色斑点或宏观空洞。

根源分析：

银膏涂布不均：印刷/点胶时产生气泡或厚度差异。

“咖啡环”效应：在干燥过程中，边缘的溶剂挥发更快，带动银颗粒向边缘迁移，导致中间薄、边缘厚。

局部污染：基板上有局部污渍，导致该处银膏无法良好铺展和烧结。

解决方案：

优化涂覆工艺：采用离心脱泡、调整膏体流变学参数（粘度、触变性）以减少气泡。对于印刷，优化网版设计和刮刀压力。

改善干燥方式：采用真空干燥或阶梯式缓慢干燥，可以有效抑制“咖啡环”效应。

加强基板清洁与表面处理：确保基板表面能均匀一致。

缺陷四：银膏“飞边”或污染焊盘

现象：烧结后，银膏溢出预定区域，污染了周边的电气绝缘区域或键合焊盘。

根源分析：

膏量过多：点胶量或印刷量超出设计范围。

放置压力过大：在芯片贴装过程中，施加的压力过大，将膏体挤压出来。

膏体流变性不佳：膏体粘度太低，在芯片放置后自身铺展过度。

解决方案：

精确控制膏体用量：通过实验确定最佳体积，并严格控制工艺参数。

优化贴装压力：使用“零贴装压力”或极小压力的贴装方案，依靠膏体自身的粘接力暂时固定芯片。

选择合适粘度的产品：与供应商沟通，选择适用于特定应用场景（如细间距芯片）的高粘度型号。

缺陷五：性能衰减快（可靠性失效）

现象：初始测试性能良好，但经过温度循环或高温存储后，热阻上升，出现失效。

根源分析：

潜在裂纹：初始烧结层存在微观裂纹，在热应力下扩展为宏观裂纹。

界面氧化：如果烧结层不致密，在高温下氧气可能侵入界面，导致结合力下降。

孔隙率过高：高孔隙率在热循环中会成为应力集中点，加速疲劳失效。

解决方案：

从根源上确保致密性：遵循前述所有低孔隙率烧结的工艺规范。

进行严格的工艺可靠性验证：通过声学扫描显微镜、X-ray、热阻测试等手段，在量产前充分评估烧结层的质量。

确保封装的气密性：对于要求极高的应用，考虑整体封装的气密性保护，杜绝外部环境的影响。

总结：烧结银工艺成功“避坑”清单

为确保成功，请将以下清单作为您的工艺准则：

清洁是基石：确保所有接触表面（芯片、基板、工具）绝对洁净。

曲线是灵魂：摒弃简单粗暴的快速升温曲线。设计并严格执行一个“缓慢升温、阶梯保温”的烧结温度曲线。

气氛是助手：尽可能使用含氢气的还原性气氛，它能帮你解决很多隐形问题。

压力是敌人：牢记无压烧结的初衷，避免在贴装时施加不必要的压力。

质量需前置：通过过程控制（如膏体体积、放置精度）来保证质量，而非事后筛选。

验证要充分：借助各种无损检测和可靠性测试，亲眼看到烧结层内部的真实情况。

遵循这份指南，您将能最大限度地发挥SECrosslink等先进烧结银产品的性能优势，绕开常见的工艺陷阱，实现高可靠、高性能的半导体封装制造。