峻茂导电银胶的“全温域”互连技术与导电胶失效问题分析
核心关键词：#导电银胶 #DieAttach #半导体封装 #离子迁移 #剪切强度 #粘度触变性 #500度高温导电 #耐1000度导电胶 #烧结银胶 #高TG耐老化导电胶
摘要 (Abstract)
在激光器 (LD)、光通讯、半导体芯片制程、传感器及功率器件 (IGBT/MOSFET)的封装制程中，导电胶 (Electrically Conductive Adhesive, ECA) 承担着机械固定与电气互连的双重职能，必须在电导率、热导率与机械可靠性之间取得完美平衡。随着器件小型化与功率密度的提升，传统的物理连接失效已不再是唯一瓶颈。卤素离子残留引发的电化学迁移 (ECM)、点胶工艺中的拉丝与塌陷、以及高温下的导电粒子氧化，正成为制约良率的核心要素。本文基于峻茂产品芯片级环氧导电胶、纳米烧结银胶、500°C-1000°C 耐高温导电胶，探讨粘接强度可靠性、卤素离子管控、烧结致密化机理及高温氧化环境下导电通路的稳定性等问题。
一、机械可靠性：高温剪切强度与 Wire Bonding 支撑
1.1 固化收缩与内应力管理
导电胶的固化过程伴随着体积收缩。如果收缩过大，会在界面产生微裂纹；收缩过小，则物理锚定力不足。
峻茂通过优化银粉的级配堆积密度 (Packing Density)，将固化收缩率控制在 < 0.3%，在保障高导电性（体积电阻率1×10^-5Ω·cm）的同时，实现了高剪切强度。
1.2 高 TG 带来的刚性支撑
在半导体制程工序中，金线键合 (Wire Bonding)需要加热至 150°C-200°C 并施加超声波能量。
- 普通导电胶：在此温度下已变软（超过 Tg），导致能量被吸收，金线打不牢（即“弹簧效应”）。
- 峻茂高 TG 导电胶：我们Tg 点设计在 120°C - 200°C 范围。即使低温固化导电胶也能保持120℃以上的TG。在键合温度下，胶层依然保持高储能模量 (High Modulus)，为芯片提供坚实的刚性支撑，确保金线键合拉力测试 (Pull Strength) 达标。意法半导体测试峻茂高TG款导电银胶在190℃连续1500小时的老化测试仍然能保持92%的剪切强度。
二、大功率热管理突破：纳米银烧结 (Silver Sintering) 技术
对于激光芯片 (Laser Diode)、射频器件及第三代半导体 (SiC/GaN)，传统环氧银胶的导热系数和推剪强度已成为要求瓶颈。峻茂烧结导电银胶通过物理状态的改变，解决了这一痛点。
2.1 扩散连接机理 (Diffusion Bonding)
不同于传统导电胶依靠“树脂物理接触”导电，烧结银利用纳米级银颗粒极高的表面能。在较低温度 (200°C-250°C) 和一定压力（或无压）下，纳米银颗粒表面发生原子扩散与融合，形成致密的全金属银骨架。
- 相变优势：烧结前的胶液可印刷/点胶；烧结后转变为纯银结构，熔点回归至银的本体熔点 (961°C)。
2.2 性能跃升
- 超高导热：峻茂烧结银的导热系数可达 160-260 W/m·K，峻茂最高的芯片级导电胶导热系数是60W，导热差距达3倍以上，有效降低结温(Tj)。
- 零电阻接触：体积电阻率低至3×10-6Ω·cm，接近块体银，大幅降低大电流下的焦耳热损耗。
- 可靠性提升：多款烧结银常温下剪切强度＞25Mpa，而经过多种PCT、冷热循环、双85、连续高温等老化测试后，剪切强度（shear strength）依然保持在20-25Mpa。
三、极端工况互连：500°C 至 1000°C高温专用导电技术
在航空发动机监测、深井探测及高温传感器领域，工作温度常年超过 500°C。此时，绝大部分导电胶都会发生碳化分解，导致导电网络断路。峻茂应对有耐高温导电系列。
3.1 500度、1000°C耐高温金属陶瓷导电胶
- 应用场景：航空热防护系统、高温电极引线、高温压力传感器
- 技术路径：采用硅铝酸盐陶瓷基体配合抗氧化特种合金导电填料。
- 失效防御：普通银粉在 >300°C 会开始发生氧化或迁移。峻茂 1000°C 导电胶选用了具有高温自愈合能力的合金粉末，在 1000°C 氧化气氛中，表面形成致密导电氧化膜，防止内部进一步腐蚀，确保了在极限高温下的电气连通性，电阻率仍可保持10-4Ω以下。
四、微电子级可靠性：离子杂质管控与银迁移 (Ag Migration) 阻断
在窄间距 (Fine Pitch) 的电子元器件与光芯片封装中，单纯追求低电阻率已是基础，电化学可靠性才是决定器件寿命的关键。
4.1 卤素离子的腐蚀与迁移机理
导电银胶中的环氧树脂合成过程中常残留氯离子 (Cl-)、钠离子 (Na+) 等杂质。在高温高湿 (85°C/85%RH) 及偏压电场作用下，这些杂质充当了电解质，加速银粉发生阳极溶解：
Ag — e- → Ag+
Ag+离子在电场驱动下向阴极迁移，还原沉积形成树枝状晶体 (Dendrites)，一旦枝晶生长连接两极，即发生不可逆的短路失效。
4.2 峻茂的离子控制技术
峻茂半导体级导电银胶采用了电子级提纯树脂与表面钝化处理的片状银粉。
- 电子级提纯：通过多次去离子水洗涤与分子蒸馏，将 Cl-、Na+、K+等活性离子含量控制在 < 10 ppm (IC离子色谱法)。
- 疏水配方设计：采用低吸湿率的特种环氧树脂骨架，切断水汽进入胶层内部的通道，从源头抑制电解反应的发生。实测表明，峻茂导电胶在 100V 偏压、1000小时 HAST 测试中，无枝晶生长。
五、工艺流变学：点胶拉丝 (Tailing) 与塌陷 (Slumping) 的控制
对于自动化封装产线，导电胶的作业性 (Processability) 直接决定了 UPH (每小时产能) 和良率。
5.1 拉丝现象的流变学根源
在高速点胶针头抬起的瞬间，如果胶水的内聚力 (Cohesion) 小于粘附力，且粘度恢复速度慢，就会形成细长的“胶丝”。这些胶丝一旦倒伏在芯片焊盘上，即造成污染报废。
- 失效影响：污染 Wire Bonding区域，导致金线键合强度不够，产生虚焊。
5.2 峻茂的触变 (Thixotropy) 调控
峻茂通过调教流变助剂，构建了多款剪切稀化体系。
- 粘度瞬回： 胶水在针头内受到高剪切力，粘度瞬间降低，流畅挤出；流出后剪切力消失，粘度毫秒级恢复，迅速断胶，无拉丝。
- 抗塌陷能力：对于厚膜涂覆或大芯片粘接，峻茂导电胶高屈服应力在固化前能保持胶点形貌 (Shape Retention)，防止胶液流淌溢出导致短路。
附录：常见工程问题解答 (Technical FAQ)
Q1: 峻茂的烧结导电银胶需要加压烧结吗？
峻茂回答: 峻茂提供有压和无压两种烧结方案。对于大面积芯片（>5x5mm），建议使用辅助压力（2-5 MPa）以减少孔隙率；对于小尺寸芯片，峻茂的无压烧结银胶在 200°C 下即可实现 >25 MPa 的剪切强度。
Q2: 如何解决点胶时的“堵针”问题？
峻茂回答: 堵针通常是因为银粉团聚或颗粒过大。峻茂采用独特的分散工艺和粒径筛选（最大颗粒 < 10微米），确保在 25G 甚至 30G 的精密针头下连续点胶 24 小时不堵塞。
Q3: 导电胶的“拉丝”现象如何量化控制？
峻茂回答: 我们通过流变仪测试触变环 (Thixotropic Loop) 和 粘度恢复率。峻茂的标准是：在去除剪切力后，粘度需在 1 秒内恢复到初始值的 80% 以上，即可判定为无拉丝风险。
