随着人工智能、5G通信、高性能计算等新兴技术的快速迭代，集成电路产业对芯片性能、功耗及集成密度的要求持续攀升。先进封装技术中，铜柱微凸点互连技术凭借其优异的抗电迁移能力、良好的导热性及结构稳定性，已被业界视为实现超高密度三维异构集成的关键互连方案。
本文，科准测控基于《先进封装中铜柱微凸点互连技术研究进展》，围绕瞬态液相互连与固态扩散互连两条技术路线，梳理其工艺特点与可靠性表现，并重点分析推拉力测试在微凸点互连强度评价中的应用价值。
一、铜柱微凸点的两大主流互连工艺
铜柱凸点本身不具备可焊性，通常需要在顶部沉积焊料层（如Sn）或纳米材料作为互连介质。目前，焊料体系是工业界成熟技术路线，并分为两大分支。
1. 瞬态液相互连技术（TLPB）
TLPB的原理是将温度升至250~300°C，使Sn焊料熔化形成液态，并与Cu基板反应生成高熔点的金属间化合物（IMC），最终形成全IMC接头。这种接头具有耐高温、抗电迁移强的优势，适用于汽车电子、高频通信等严苛场景。
然而，液态Sn在键合过程中容易溢出，造成相邻凸点短接，这对微细节距（如<10μm）的互连构成严峻挑战。为此，研究者采用了减薄Sn层、增加Ni阻挡层、以及将Sn层处理为珊瑚状或多孔结构等优化策略，在抑制溢出的同时加速Cu-Sn反应进程。
Cu-Sn体系瞬态液相连接原理示意
2. 固态扩散互连技术（SSDB）
为避免液态Sn带来的问题，SSDB在低于Sn熔点（232°C）的温度下进行，通常为150~220°C。此时Cu和Sn原子通过固态扩散生成IMC，避免焊料溢出风险，同时降低了热应力对芯片的影响。
但固态扩散速度较慢，且无法补偿凸点表面的粗糙度和氧化层，因此对表面预处理要求高。常用手段包括Ar/H₂等离子体清洗和甲酸（HCOOH）蒸气还原，以确保凸点表面具备足够的活性。研究表明，经优化预处理后，即使在160°C的低温条件下也能实现可靠互连。
二、微凸点可靠性量化方案
无论是TLPB还是SSDB，其工艺优化都离不开一个核心评价指标——力学强度。而在微米级的凸点尺度下，推拉力测试是直接定量反映互连结合质量的关键表征方法。
推力测试（剪切测试）
在TLPB研究中，PAWAR等对80μm直径的Cu-Sn铜柱凸点进行剪切测试，发现在196N、275°C、800s条件下，接头强度超过101.92N。经过1000次热循环测试（-25~125°C）后，电阻变化小于5%，表明该工艺下互连具有优良的抗热疲劳能力。
在SSDB研究中，WAN等采用HCOOH+N₂气氛辅助键合，在150°C、30MPa、10min的参数下，获得了高达59MPa的剪切强度。进一步分析发现，当凸点直径缩小至5μm时，由于IMC层形成齿状结构，应力分布得到改善，强度反而显著提升。
拉力测试（垂直拉拔）
虽然文献中更多提及剪切强度，但在实际封装质量控制中，垂直拉拔测试同样重要，尤其适用于评估芯片与基板之间的整体结合力。对于全IMC接头，其脆性较高，拉拔测试能有效反映界面断裂韧性，是对剪切测试的必要补充。
结构改良的Cu-Sn微凸点
三、完整的可靠性验证体系
铜柱微凸点互连技术的进步，不仅依赖于材料与工艺的创新，更依赖于精确、可重复的力学测试手段。推拉力测试机在以下环节发挥关键作用：
工艺参数窗口的确定：通过不同温度、压力、时间条件下的剪切强度对比，锁定键合参数；
可靠性寿命评估：结合热循环、高温高湿老化测试后的强度衰减，预判实际服役寿命；
失效模式分析：通过断口形貌与力-位移曲线关联，区分脆性断裂（IMC层）与韧性断裂（Sn层）。
从瞬态液相到固态扩散，铜柱微凸点互连技术正朝着更细间距、更低热预算、更高可靠性的方向持续演进。推拉力测试作为连接工艺开发与产品质量控制的重要工具，为互连强度的优化提供可量化的数据支撑。科准测控Alpha-W260推拉力测试机，适用于晶圆级凸点、铜柱及芯片级剪切/拉拔等测试场景，可协助研发与生产人员对互连可靠性进行系统评估。如果您还有关于推拉力测试机怎么选、自动推拉力测试机品牌哪家好、芯片推拉力测试机价格、微组装推拉力测试机厂家、推拉力测试机校准规范等需求，欢迎私信或留言联系我们。
