单晶银功用剖析

　　单晶银功用剖析

　　在超大规划集成电路（VLSI）和甚大规划集成电路（ULSI）的芯片与外部引线的衔接办法中，曩昔、现在和将来引线键合仍是芯片衔接的首要技能手段。集成电路引线键合也是实现集成电路芯片与封装外壳多种电衔接，并传递芯片的电信号、发出芯片内发作的热量，最通用、最简单而有用的一种办法，所以键合引线已成为电子封装业四大重要结构材料之一。引线键合封装的办法如图所示：

　　键合引线的中心作用是将一个封装器件或两个部分焊接好并导电。因而，焊接的部分尤其是焊接点的电阻是此工艺的关键环节。在元素周期表中过渡组金属元素中银、铜、金和铝四种金属元素具有较高的导电功用。此外，封装规划中键合引线在焊接所需要的空地首要取决于丝的直径，对键合引线的单位体积导电率有很高的要求，所以或许的挑选被局限在会集金属元素中。其他，所挑选金属有必要具有满意的延伸率，以便于可以被拉伸到0.015~0.050mm；为了防止被损坏晶片，这种金属有必要可以在满意低的温度下进行热压焊接和超声焊接；它的化学功用、抗腐蚀功用和冶金特性有必要与它所焊接的材料向熔合，不会对集成电路构成严峻影响。在集成电路的键合引线中，首要运用的键合引线有键合金丝、硅铝丝、单晶铜键合丝等。

　　键合金丝

　　金丝作为运用最广泛的键合引线来说，在引线键合中存在以下几个方面的问题：

　　1）在硅片铝金属化层上选用金丝键合，Au-AI金属学体系易发作有害的金属间化合物，这些金属间化合物晶格常数不同，机械功用和热功用也不同，反响会发作物质搬家，从而在交接层构成可见的柯肯德尔空泛（Kirkendall Void），使键合处发作空腔，电阻急剧增大，损坏了集成电路的欧姆联合，致使导电性严峻下降，或易发作裂缝，引起器件焊点脱开而失效。2）金丝的耐热性差，金的再结晶温度较低（150℃），导致高温强度较低，球焊时，焊球邻近的金丝由于受热而构成再结晶组织，若金丝过硬会构成球颈部折曲，焊球加热时，金丝晶粒粗大化会构成球颈部开裂；其他，金丝还易构成塌丝现象和拖尾现象，严峻影响了键合质量。

　　3）金丝的价格不断攀升，特别贵重，导致封装本钱过高，企业过重接受。

　　硅铝丝

　　硅铝丝作为一种低本钱的键合引线遭到人们的广泛注重，国内外许多科研单位都在通过改动出产工艺来出产各种代替金丝的硅铝丝，但仍存在较多的问题。

　　1）一般硅铝丝在球焊是加热易氧化，出产一层硬的氧化膜，此膜阻止球的构成，而球形的安稳性是硅铝丝键合强度的首要特性，试验证明，金丝球焊在空气中焊点圆度高，硅铝丝球焊由于表面氧化的影响，空气中焊点圆度低。

　　2）硅铝丝的拉伸强度和耐热性不如金丝，容易发作引线下垂和塌丝。

　　3）同轴硅铝丝的功用不安稳，特别是延伸率不坚定大，同批次产品功用相差大，且产品的成材率低，表面清洁度差，并较易在键合处常常发作疲劳开裂。

　　单晶铜键

　　单晶铜键合丝（现在逐步推广运用、代替键合金丝，未来“封装焊接之星”）是无氧铜的技能升级换代新材料，代号为“OCC”。单晶铜即单晶体铜材是通过“高温热铸方式连续铸造法”所制造的导体，行将一般铜材围观多晶体结构运用凝结理论，通过热型连续铸造技能改动其晶体结构获得的具有优异的导电性、导热性、机械功用及化学功用安稳的更加优胜的一种新型铜材，其整根铜材仅由一个晶粒组成，不存在晶粒之间发作的“晶界”，（“晶界”会对通过的信号发作折射和反射，构成信号失真和衰减），因而具有安稳的导电性、导热性、极好的高保真信号传输性及超凡的物理机械加工功用，因而损耗量极低，堪称是机电工业、微电子集成电路封装业适当完美的极具运用价值的重要材料。其物理功用挨近白银。

　　单晶铜丝用于键合引线的优势首要表现在以下几个方面：

　　⑴其特性：

　　1）单晶粒：相对现在的一般铜材（多晶粒），而单晶铜丝只需一个晶粒，内部无晶界。而单晶铜杆有致密的定向凝结组织，消除了横向晶界，很少有缩孔、气孔等铸造缺点；且结晶方向拉丝方向相同，能接受更大的塑性变形才能。此外，单晶铜丝没有阻止位错滑移的晶界，变形、冷作、硬化回复快，所以是拉制键合引线（?0.03-0.016mm）的理想材料。

　　2）高纯度：现在，在我国的单晶铜丝（原材料）可以做到99.999%（5N）或99.9999%（6N）的纯度；

　　3）机械功用好：与同纯度的金丝相比具有出色的拉伸、剪切强度和延展性。单晶铜丝因其优异的机械电气功用和加工功用，可满意封装新技能工艺，将其加工至?0.03-0.015mm的单晶铜超细丝代替金丝，从而使引线键合的距离更小、更安稳。4）导电性、导热性好：单晶铜丝的导电率、导热率比金丝前进20%，因而在和金丝径相同的条件下可以承载更大的电流，键合金丝直径小于0.018mm时，其阻抗或电阻特性很难满意封装要求。

　　5）低本钱：单晶铜丝本钱只需金丝的1/3-1/10，可节省键合封装材料本钱90%；比重是金丝的1/2，1吨单晶铜丝可代替2吨金丝； 当今半导体行业的一些显着改动直接影响到了IC互连技能，其间本钱要素也是推动互连技能发展的首要要素。现在金丝键合长度逾越5mm，引线数抵达400以上，其封装本钱逾越0.2美元。而选用单晶铜丝键合不但能下降器件制构本钱，前进竞赛优势。关于1密耳焊线，本钱最高可下降75%，2密耳可达90%。单晶铜和金的封装本钱比较

　　单晶铜键合引线

　　6）单晶铜键合丝可以再氮气气氛下键合封装，出产更安全，更可靠。单晶铜键合丝这种线性新型材料所展现出比金丝更优异的特性，而引起了国内外很多产业领域的热切重视，跟着我国集成电路和分立器件产业的快速发展，我国微电子封装业需求运用正在爆发式的唤醒，我国现在首要封装企业现已意识到这一新技能的发展潜力，现已开端运用单晶铜键合丝，但产品大部分都是国外进口，进口价格贵重。