低温互连赋能异质集成

低温互连赋能异质集成 – 焊接异质集成 – 上海瀚翎

在半导体技术向“超越摩尔定律”演进的过程中，异质集成已成为突破性能瓶颈的核心路径。这种将不同材料、工艺节点的芯片及元件集成于同一封装的技术，能充分融合各材料优势，实现系统性能的跃升，广泛适配高性能计算、光通信、物联网等复杂场景需求。然而，不同材料间热膨胀系数的固有差异，成为制约异质集成可靠性的关键瓶颈。

异质集成的核心挑战在于跨材料体系的互连兼容性。硅基芯片的热稳定性与化合物半导体的优异光电性能、MEMS元件的精密特性形成互补，但材料属性的差异会在温度变化时产生应力集中，轻则导致界面剥离、信号衰减，重则损坏热敏感元件，直接影响器件寿命。传统高温互连工艺虽能实现稳定连接，却会加剧这种热应力矛盾，成为异质集成规模化应用的阻碍。

超声波焊接技术的出现，为异质集成提供了理想的低温互连解决方案。其核心原理是通过高频机械振动传递能量，使互连界面金属原子在低温下发生扩散融合，形成牢固的冶金结合，全程无需高温加热，有效规避了热膨胀系数不匹配带来的应力问题。相较于传统高温键合工艺，超声波焊接可将互连温度控制在热敏感元件耐受范围内，最大程度保护精密结构不受损伤。

在实际应用中，超声波焊接的低温特性展现出显著优势。在光电子异质集成领域，将铌酸锂薄膜与硅基晶圆集成时，超声波焊接能避免高温导致的薄膜性能退化，同时减少界面应力，保障电光调制器的高速传输性能。在多芯片模块集成中，面对不同工艺节点的逻辑芯片与存储芯片，该技术可实现高密度互连，既缩短信号传输路径、降低功耗，又通过低温工艺维持各芯片原有性能。

作为异质集成的关键支撑技术，超声波焊接不仅解决了跨材料互连的可靠性难题，还具备工艺效率高、互连电阻低、兼容性强等优势，可适配从微米级芯片到无源元件的多样化集成需求。随着集成密度不断提升，对互连精度和稳定性的要求持续升级，超声波焊接技术正通过工艺优化，实现更细间距、更高强度的低温互连，助力异质集成向三维堆叠、多功能融合方向突破。

低温互连技术的成熟为异质集成注入了新活力。超声波焊接凭借其独特的低温优势，破解了跨材料集成的核心矛盾，推动高性能、高可靠性异质集成器件的规模化应用，为半导体产业的创新发展开辟了广阔空间。