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鉬銅合金在3D封裝中面臨的技術挑戰

隨著積體電路向高密度、小型化和高性能發展，三維封裝（3D packaging）技術已成為半導體封裝領域的重要方向。相比傳統二維封裝，3D封裝通過垂直堆疊晶片及其互聯結構，極大提升了器件的集成度與運算效率。

然而，其帶來的熱管理問題、尺寸穩定性需求以及封裝可靠性挑戰，也對封裝材料提出了更高的性能要求。鉬銅合金（Mo-Cu）因其優異的熱導率、低熱膨脹係數以及良好的尺寸穩定性，被視為封裝中理想的熱沉與支撐材料。然而，在實際應用過程中，鉬銅仍面臨諸多技術挑戰，亟待深入研究與技術突破。

首先，介面結合性問題是限制鉬銅廣泛應用的主要障礙之一。由於鉬和銅的物理性質差異較大，在燒結或液相滲銅過程中，易形成微觀孔隙或冶金結合不良的介面。特別是在多晶片堆疊結構中，材料間必須具備優異的介面熱傳導性能與結構可靠性，而Mo-Cu合金與有機封裝基板、晶片金屬互聯之間的匹配性較差，容易在熱迴圈過程中產生熱疲勞或分層問題。

其次，尺寸精度控制難度大。3D封裝對封裝元件的尺寸精度要求極高，尤其是晶片之間的堆疊間距僅為幾十微米，任何尺寸偏差都可能引發封裝失效。Mo-Cu合金由於採用粉末冶金及液相滲透法製備，材料燒結收縮和銅滲流路徑不均可能導致尺寸不穩定，進一步影響後續加工和組裝精度。

第三，微型化加工技術受限。隨著3D封裝朝著更小尺寸發展，Mo-Cu合金部件也需實現超薄、微結構化。由於鉬硬度高、脆性大，加工難度高，傳統的機械加工方式難以滿足小型化和複雜結構的需求。鐳射加工、微銑削等先進製造技術雖可部分替代，但在效率、精度和材料損耗方面仍有待提升。

此外，封裝過程中熱應力管理複雜。晶片之間熱源密集，封裝結構複雜，溫度梯度明顯，易產生內部熱應力。雖然Mo-Cu合金具有較低的熱膨脹係數和優異的熱導率，但在高溫焊接、回流焊及長時間熱迴圈中，仍可能因熱應力集中而引發材料開裂、形變或介面剝離。

最後，成本與工藝相容性問題也不容忽視。鉬銅合金的製備成本較高，尤其是高純鉬粉價格昂貴，加工難度大，造成整體封裝成本上升。同時，鉬銅合金在部分先進封裝流程（如TSV製作、電鍍接觸）中存在相容性問題，需要對現有制程進行調整或增加額外步驟，從而影響工藝效率。

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