铜-铜直接键合互连接头

抗 250 °C 热老化

基于瞬态液相烧结的铜-铜键合接头，在宽禁带器件高温工况下兼具高剪切强度与抗热氧化可靠性。

Zhang, Bowen · Yilong, Xie · Lijia, Wang · Yiqin, Liu · Wang, Youzheng · 牛萍娟 · 梅云辉

Materials Science & Engineering A: Structural Materials: Properties, Microstructure and Processing 2025

具体参数

初始剪切强度

{'zh': '68.4', 'en': '68.4'} MPa

热冲击后剪切强度

{'zh': '60', 'en': '60'} MPa

热老化后剪切强度

{'zh': '77.7', 'en': '77.7'} MPa

技术优势

越老化越强

Cu11In9 向 Cu2In 的相变抑制了烧结铜层的氧化，使 250 °C 热老化 1000 h 后剪切强度反升至 77.7 MPa。

低压就能烧结

仅需 2 MPa 压力即获得 68.4 MPa 剪切强度，避免高压对芯片的损伤。

抗热震不掉

液态 In 元素扩散进入基板有效改善界面润湿并填充空洞，2000 次热冲击后剪切强度仍超 60 MPa。

应用场景

• 宽禁带半导体封装：替代传统焊料，承受 SiC/GaN 器件 250 °C 以上高温长期服役而不氧化。
• 电力电子器件：作为高功率密度模块的芯片贴装材料，提供低热阻且抗热循环的互连。
• 热管理材料：用烧结铜层取代含银/金的 TIM，在高温下维持高导热且不氧化失效。
• 电子封装可靠性：2000 次热冲击后强度仍 >60 MPa，满足汽车/航天电子严苛的可靠性要求。
• 芯片互连技术：实现铜-铜直接键合，避免使用焊料/底填，简化三维堆叠互连工艺。