微納米金屬燒結(jié)體電阻率測試與表面缺陷檢驗(yàn)

檢驗(yàn)原因

微納米金屬燒結(jié)技術(shù)是第三代半導(dǎo)體封裝中的關(guān)鍵互連技術(shù)，以微納米銀、微納米銅為代表的新型燒結(jié)材料具有組分單一、低工藝溫度、高服役溫度的顯著優(yōu)勢。燒結(jié)層的電阻率直接決定功率模塊的導(dǎo)通損耗與散熱效率，通常情況下燒結(jié)體電阻率為對應(yīng)體材料電阻率的數(shù)倍。采用不同材料、不同工藝制備的燒結(jié)體會形成微觀下不同尺寸、不同數(shù)量、不同致密度的孔隙結(jié)構(gòu)，從而顯著影響電阻率性能。

四探針法基于凱爾文電橋（雙臂電橋）原理，通過外側(cè)探針通入恒定電流、內(nèi)側(cè)探針提取電位差的方式，有效消除了引線電阻和接觸電阻的干擾。對于電阻率小于10Ω的微納米金屬燒結(jié)體，傳統(tǒng)兩探針法無法解決接觸電阻（10?2~10??Ω量級）的測量誤差問題。渦流法則適用于快速、非接觸式電阻率評估，特別適合批量篩選與在線監(jiān)控場景。

表面缺陷檢驗(yàn)的必要性源于燒結(jié)工藝的固有特性。燒結(jié)過程中溶劑揮發(fā)、顆粒重排及致密化行為可能導(dǎo)致氣孔、微裂紋、分層及表面粗糙等缺陷。孔隙作為絕緣區(qū)域會阻斷導(dǎo)電通路，局部電阻率可升高數(shù)十倍。表面缺陷檢驗(yàn)與電阻率測量相互配合，共同判定燒結(jié)體是否滿足高可靠性封裝要求。

## 檢測標(biāo)準(zhǔn)

微納米金屬燒結(jié)體電阻率測試的核心標(biāo)準(zhǔn)為T/CASAS019—2021《微納米金屬燒結(jié)體電阻率測試方法四探針法》。該標(biāo)準(zhǔn)適用于第三代半導(dǎo)體器件封裝用微納米金屬燒結(jié)體的電阻率測試評價(jià)，燒結(jié)體不包含被連接件（如芯片）和連接基體。測試方法適用于直徑大于探針間距10倍、厚度小于探針間距4倍的圓形樣品體積電阻率測試。電阻率計(jì)算方法中，滿足上述尺寸條件時(shí)，樣品直徑相對于探針間距可視為無窮大，修正因子取4.532，電阻率計(jì)算公式簡化為ρ=4.532×W×F_sp×(V/I)。

渦流法測試可參照GB/T6616-2023《半導(dǎo)體晶片電阻率及半導(dǎo)體薄膜薄層電阻的測試非接觸渦流法》的相關(guān)原理，適用于導(dǎo)電材料的快速、非破壞性電阻率評估。

測試材料要求

試樣制備需采用專用模具，模具分為底座、模具挖孔件、壓頭三級結(jié)構(gòu)。燒結(jié)工藝前將燒結(jié)材料裝入模具主體，壓頭放入挖孔件孔內(nèi)壓實(shí)材料。有壓燒結(jié)過程中通過模具壓頭施加壓力輔助致密化，無壓燒結(jié)可不帶壓頭直接燒結(jié)。試樣需制備成圓形，尺寸要求直徑大于探針間距10倍、厚度小于探針間距4倍。

四探針測試儀器由主機(jī)、樣品臺、探針、探針架、計(jì)算機(jī)等部分組成。恒流源電流范圍100mA-10000mA，紋波系數(shù)不大于0.1%，穩(wěn)定度優(yōu)于0.05%。數(shù)字電壓表測量范圍2mV-20mV，分辨率0.005%，輸入阻抗大于10?倍樣品電阻。探針采用鎢或碳化鎢制成，jianduan半徑25-50μm，探針間距1mm±0.01mm，每根探針壓力1.75N-4.0N。測試環(huán)境溫度控制在23℃±2℃，相對濕度50%±10%。測試時(shí)需進(jìn)行正反向兩次電流測量以消除熱電勢影響，同一樣品5次測量標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)小于0.5%。

表面缺陷檢驗(yàn)需采用掃描電子顯微鏡或金相顯微鏡觀察燒結(jié)體微觀形貌，評估孔隙率（要求≤5%）、裂紋及分層缺陷。試樣需經(jīng)切割、鑲嵌、研磨及拋光處理，獲得平整觀測面。四探針法電阻率測試與表面缺陷檢驗(yàn)均合格的微納米金屬燒結(jié)體，方可投入第三代半導(dǎo)體功率模塊封裝應(yīng)用。