江蘇
隨著人工智能、5G通信、高性能計算等新興技術的快速迭代，集成電路產業對芯片性能、功耗及集成密度的要求持續攀升。先進封裝技術中，銅柱微凸點互連技術憑借其優異的抗電遷移能力、良好的導熱性及結構穩定性，已被業界視為實現超高密度三維異構集成的關鍵互連方案。
本文，科準測控小編基于《先進封裝中銅柱微凸點互連技術研究進展》一文，圍繞瞬態液相互連與固態擴散互連兩條技術路線，梳理其工藝特點與可靠性表現，并重點分析推拉力測試在微凸點互連強度評價中的應用價值。
一、銅柱微凸點的兩大主流互連工藝
銅柱凸點本身不具備可焊性，通常需要在頂部沉積焊料層（如Sn）或納米材料作為互連介質。目前，焊料體系是工業界最成熟的技術路線，并分為兩大分支。
1. 瞬態液相互連技術（TLPB）
TLPB的原理是將溫度升至250~300°C，使Sn焊料熔化形成液態，并與Cu基板反應生成高熔點的金屬間化合物（IMC），最終形成全IMC接頭。這種接頭具有耐高溫、抗電遷移強的優勢，適用于汽車電子、高頻通信等嚴苛場景。
然而，液態Sn在鍵合過程中容易溢出，造成相鄰凸點短接，這對微細節距（如<10μm）的互連構成嚴峻挑戰。為此，研究者采用了減薄Sn層、增加Ni阻擋層、以及將Sn層處理為珊瑚狀或多孔結構等優化策略，在抑制溢出的同時加速Cu-Sn反應進程。
Cu-Sn體系瞬態液相連接原理示意
2. 固態擴散互連技術（SSDB）
為避免液態Sn帶來的問題，SSDB在低于Sn熔點（232°C）的溫度下進行，通常為150~220°C。此時Cu和Sn原子通過固態擴散生成IMC，完全避免了焊料溢出風險，同時降低了熱應力對芯片的影響。
但固態擴散速度較慢，且無法補償凸點表面的粗糙度和氧化層，因此對表面預處理要求極高。常用手段包括Ar/H?等離子體清洗和甲酸（HCOOH）蒸氣還原，以確保凸點表面具備足夠的活性。研究表明，經優化預處理后，即使在160°C的低溫條件下也能實現可靠互連。
二、微凸點可靠性量化方案
無論是TLPB還是SSDB，其工藝優化都離不開一個核心評價指標——力學強度。而在微米級的凸點尺度下，推拉力測試是直接定量反映互連結合質量的關鍵表征方法。
推力測試（剪切測試）
在TLPB研究中，PAWAR等對80μm直徑的Cu-Sn銅柱凸點進行剪切測試，發現在196N、275°C、800s條件下，接頭強度超過101.92N。經過1000次熱循環測試（-25~125°C）后，電阻變化小于5%，表明該工藝下互連具有優良的抗熱疲勞能力。
在SSDB研究中，WAN等采用HCOOH+N?氣氛輔助鍵合，在150°C、30MPa、10min的參數下，獲得了高達59MPa的剪切強度。進一步分析發現，當凸點直徑縮小至5μm時，由于IMC層形成齒狀結構，應力分布得到改善，強度反而顯著提升。
拉力測試（垂直拉拔）
雖然文獻中更多提及剪切強度，但在實際封裝質量控制中，垂直拉拔測試同樣重要，尤其適用于評估芯片與基板之間的整體結合力。對于全IMC接頭，其脆性較高，拉拔測試能有效反映界面斷裂韌性，是對剪切測試的必要補充。
結構改良的Cu-Sn微凸點
三、完整的可靠性驗證體系
銅柱微凸點互連技術的進步，不僅依賴于材料與工藝的創新，更依賴于精確、可重復的力學測試手段。推拉力測試機在以下環節發揮關鍵作用：
工藝參數窗口的確定：通過不同溫度、壓力、時間條件下的剪切強度對比，鎖定最優鍵合參數；
可靠性壽命評估：結合熱循環、高溫高濕老化測試后的強度衰減，預判實際服役壽命；
失效模式分析：通過斷口形貌與力-位移曲線關聯，區分脆性斷裂（IMC層）與韌性斷裂（Sn層）。
從瞬態液相到固態擴散，銅柱微凸點互連技術正朝著更細間距、更低熱預算、更高可靠性的方向持續演進。推拉力測試作為連接工藝開發與產品質量控制的重要工具，為互連強度的優化提供可量化的數據支撐。
科準測控Alpha-W260推拉力測試機，適用于晶圓級凸點、銅柱及芯片級剪切/拉拔等測試場景，可協助研發與生產人員對互連可靠性進行系統評估。如果您還有關于推拉力測試機怎么選、推拉力測試機品牌哪家好、芯片推拉力測試機價格、微組裝推拉力測試機廠家、推拉力測試機校準規范等需求，歡迎私信或留言聯系我們。
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