低溫燒結銅粉的崛起：半導體封裝和印刷電子的革命性材料

為什麼近年來低溫燒結銅粉的議題越來越夯?  有哪些潛在的應用值得我們關注?
 

隨著 AI、高效能運算、5G／高速通訊及電動車等電子技術快速發展，電子元件朝向高功率、高頻、高密度與小型化方向演進，對導電材料的導電性、散熱能力、接合可靠度及製程溫度提出更高要求。過去，銀膏因具備優異的導電性與接合性能，廣泛應用於電子封裝、導電線路及功率元件等領域。然而，銀材料成本相對較高，也促使業界持續尋找兼具性能與成本優勢的替代方案。

在這樣的背景下，低溫燒結銅粉（Low-temperature Sintering Copper Powder）逐漸受到關注。銅本身具有良好的導電與導熱特性，且材料成本相較銀更具優勢；真正的技術挑戰，則在於如何克服銅容易氧化，以及傳統銅粉需要較高溫度才能完成燒結的問題。近年隨著亞微米銅粉粒徑控制及表面處理技術進步，銅粉的抗氧化與燒結性能逐漸改善，使低溫燒結銅材料開始具備更多元的應用可能。

(延伸閱讀: 超越傳統技術：濕法製程銅粉獨特優勢及應用前景)

低溫燒結銅粉的優勢

低溫燒結銅粉的核心價值，不只是「將銅粉做得更細」，而是透過粒徑控制、粉體設計與表面處理，讓材料在較低溫度下仍能形成良好的銅－銅接合與導電結構。

目前相關銅粉材料的粒徑可涵蓋約 0.15～1.30 μm，並可針對不同應用需求進行材料設計。透過特殊表面處理，可提升銅粉的抗氧化能力，同時維持良好的燒結特性；此外，材料也可配合不同的親水性或疏水性溶劑系統，增加配方與製程設計的彈性。

在印刷電子應用中，低溫燒結型銅粉可用於製備銅油墨，相關材料可在約 200°C 的條件下進行燒結，為需要控制製程溫度的電子基材提供新的材料選擇。

更重要的是，低溫燒結銅材料並非只能應用於傳統導電線路，其性能已逐漸延伸至高頻電子、功率半導體封裝與先進印刷電子等領域。

 

低溫燒結銅粉的潛在應用

1. 功率半導體 Die Attach 與電子封裝

功率半導體在高電流、高功率運作下，除了導電能力之外，散熱與接合可靠度同樣重要。低溫燒結銅粉可應用於 Die Attach Paste（晶粒接著膏），用於晶片與散熱器之間的接合。

對於未來電動車、功率模組、AI 電源系統及高功率半導體等應用而言，若能在兼顧導電、散熱與接合強度的前提下降低材料成本，低溫燒結銅粉具有相當值得關注的發展空間。

2. 印刷電子與導電油墨

另一項值得關注的應用，是以低溫燒結銅粉製作導電油墨。

相較於傳統金屬箔或蝕刻製程，印刷電子可以透過材料直接印刷形成導電線路，因此有機會減少部分製程步驟，並提升圖案化製程的彈性。

目前相關銅油墨技術已朝多種印刷方式發展，包括網版印刷、平版印刷及點膠印刷等。

此外，相關技術也正在探索保形印刷（Conformal Printing）及跨段差印刷，代表銅油墨未來的應用可能不再局限於平坦基材，而是朝更複雜的三維結構與局部段差製程發展。

3. 高頻電子與高速傳輸應用

隨著 5G、毫米波、AI Server 及高速運算技術持續發展，導電材料在高頻環境下的性能也逐漸受到重視。

值得注意的是，燒結銅材料除了具備良好的直流導電能力之外，在高頻應用上也展現值得關注的特性。這項特性讓低溫燒結銅粉的應用價值不再只是「低成本銀膏替代品」，而是有機會進一步切入高頻電路、天線、射頻元件及高速傳輸相關電子材料。

4. 先進封裝與細線路互連

除了 Die Attach 與印刷電子之外，亞微米銅粉也可針對晶片與散熱器黏接膏、陶瓷基板互連，以及封裝中的細間距線路等應用進行開發。

這意味著低溫燒結銅粉的發展方向，正逐漸從單純的「導電材料」往高密度互連、封裝材料與微細化製程延伸。對於需要兼顧導電性、製程溫度及材料成本的電子材料開發而言，值得持續追蹤。

5. TGV（Through-Glass Via）玻璃通孔與玻璃基板

隨著高頻高速運算、先進封裝及異質整合技術發展，玻璃基板（Glass Substrate）逐漸受到關注。相較於傳統有機基板，玻璃具有低損耗、高尺寸穩定性及良好的高頻特性，因此被視為下一世代封裝基板與高密度互連的重要候選材料。

其中，TGV（Through-Glass Via，玻璃通孔）是實現玻璃基板垂直導通的重要技術。一般 TGV 製程會先在玻璃中形成微米級通孔，再透過種子層、金屬沉積及電鍍等方式完成孔壁導電結構，因此如何在高深寬比微孔中形成均勻且可靠的金屬層，是 TGV 製程的重要課題。

低溫燒結銅粉則可從另一個角度切入玻璃基板互連材料的開發。透過亞微米銅粉的粒徑控制、表面處理及燒結特性設計，未來有機會探索其在TGV 填孔、玻璃基板導電結構或局部互連材料上的應用可能。

尤其相較於需要較高溫度的傳統金屬材料製程，低溫燒結銅材料若能在兼顧導電性、填孔能力與玻璃基板可靠度的條件下完成燒結，將有機會降低熱製程對玻璃基板及周邊材料造成的影響。

因此，隨著玻璃基板逐漸導入 AI、高效能運算及先進封裝領域，低溫燒結銅粉是否能進一步應用於 TGV 及玻璃基板互連，將是值得材料供應商與封裝業者持續評估的新興方向。

技術挑戰與未來展望

儘管低溫燒結銅粉展現出巨大的應用潛力，但在實際應用中仍面臨一些挑戰，如防止氧化、提高燒結緻密度以及與不同基材的兼容性等。隨著製備技術的不斷進步，這些問題有望得到解決。未來，低溫燒結銅粉有望在更多電子領域中取代銀膏，成為主流的導電材料。

總而言之，低溫燒結銅粉作為銀膏的潛在替代材料，具有成本低廉、性能優異的特點。隨著技術的進一步成熟，其應用範圍將持續擴大，為電子工業帶來新的發展機遇。

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