單晶銀功用剖析

　　在超大規(guī)劃集成電路（VLSI）和甚大規(guī)劃集成電路（ULSI）的芯片與外部引線的銜接辦法中，曩昔、現(xiàn)在和將來引線鍵合仍是芯片銜接的首要技能手段。集成電路引線鍵合也是實現(xiàn)集成電路芯片與封裝外殼多種電銜接，并傳遞芯片的電信號、發(fā)出芯片內(nèi)發(fā)作的熱量，最通用、最簡單而有用的一種辦法，所以鍵合引線已成為電子封裝業(yè)四大重要結(jié)構(gòu)材料之一。引線鍵合封裝的辦法如圖所示：

　　鍵合引線的中心作用是將一個封裝器件或兩個部分焊接好并導(dǎo)電。因而，焊接的部分尤其是焊接點的電阻是此工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在元素周期表中過渡組金屬元素中銀、銅、金和鋁四種金屬元素具有較高的導(dǎo)電功用。此外，封裝規(guī)劃中鍵合引線在焊接所需要的空地首要取決于絲的直徑，對鍵合引線的單位體積導(dǎo)電率有很高的要求，所以或許的挑選被局限在會集金屬元素中。其他，所挑選金屬有必要具有滿意的延伸率，以便于可以被拉伸到0.015~0.050mm；為了防止被損壞晶片，這種金屬有必要可以在滿意低的溫度下進行熱壓焊接和超聲焊接；它的化學(xué)功用、抗腐蝕功用和冶金特性有必要與它所焊接的材料向熔合，不會對集成電路構(gòu)成嚴峻影響。在集成電路的鍵合引線中，首要運用的鍵合引線有鍵合金絲、硅鋁絲、單晶銅鍵合絲等。

　　鍵合金絲

　　金絲作為運用最廣泛的鍵合引線來說，在引線鍵合中存在以下幾個方面的問題：

　　1）在硅片鋁金屬化層上選用金絲鍵合，Au-AI金屬學(xué)體系易發(fā)作有害的金屬間化合物，這些金屬間化合物晶格常數(shù)不同，機械功用和熱功用也不同，反響會發(fā)作物質(zhì)搬家，從而在交接層構(gòu)成可見的柯肯德爾空泛（Kirkendall Void），使鍵合處發(fā)作空腔，電阻急劇增大，損壞了集成電路的歐姆聯(lián)合，致使導(dǎo)電性嚴峻下降，或易發(fā)作裂縫，引起器件焊點脫開而失效。2）金絲的耐熱性差，金的再結(jié)晶溫度較低（150℃），導(dǎo)致高溫強度較低，球焊時，焊球鄰近的金絲由于受熱而構(gòu)成再結(jié)晶組織，若金絲過硬會構(gòu)成球頸部折曲，焊球加熱時，金絲晶粒粗大化會構(gòu)成球頸部開裂；其他，金絲還易構(gòu)成塌絲現(xiàn)象和拖尾現(xiàn)象，嚴峻影響了鍵合質(zhì)量。

　　3）金絲的價格不斷攀升，特別貴重，導(dǎo)致封裝本錢過高，企業(yè)過重接受。

　　硅鋁絲

　　硅鋁絲作為一種低本錢的鍵合引線遭到人們的廣泛注重，國內(nèi)外許多科研單位都在通過改動出產(chǎn)工藝來出產(chǎn)各種代替金絲的硅鋁絲，但仍存在較多的問題。

　　1）一般硅鋁絲在球焊是加熱易氧化，出產(chǎn)一層硬的氧化膜，此膜阻止球的構(gòu)成，而球形的安穩(wěn)性是硅鋁絲鍵合強度的首要特性，試驗證明，金絲球焊在空氣中焊點圓度高，硅鋁絲球焊由于表面氧化的影響，空氣中焊點圓度低。

　　2）硅鋁絲的拉伸強度和耐熱性不如金絲，容易發(fā)作引線下垂和塌絲。

　　3）同軸硅鋁絲的功用不安穩(wěn)，特別是延伸率不堅定大，同批次產(chǎn)品功用相差大，且產(chǎn)品的成材率低，表面清潔度差，并較易在鍵合處常常發(fā)作疲勞開裂。

　　單晶銅鍵

　　單晶銅鍵合絲（現(xiàn)在逐步推廣運用、代替鍵合金絲，未來“封裝焊接之星”）是無氧銅的技能升級換代新材料，代號為“OCC”。單晶銅即單晶體銅材是通過“高溫?zé)徼T方式連續(xù)鑄造法”所制造的導(dǎo)體，行將一般銅材圍觀多晶體結(jié)構(gòu)運用凝結(jié)理論，通過熱型連續(xù)鑄造技能改動其晶體結(jié)構(gòu)獲得的具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、機械功用及化學(xué)功用安穩(wěn)的更加優(yōu)勝的一種新型銅材，其整根銅材僅由一個晶粒組成，不存在晶粒之間發(fā)作的“晶界”，（“晶界”會對通過的信號發(fā)作折射和反射，構(gòu)成信號失真和衰減），因而具有安穩(wěn)的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、極好的高保真信號傳輸性及超凡的物理機械加工功用，因而損耗量極低，堪稱是機電工業(yè)、微電子集成電路封裝業(yè)適當完美的極具運用價值的重要材料。其物理功用挨近白銀。

　　單晶銅絲用于鍵合引線的優(yōu)勢首要表現(xiàn)在以下幾個方面：

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　　1）單晶粒：相對現(xiàn)在的一般銅材（多晶粒），而單晶銅絲只需一個晶粒，內(nèi)部無晶界。而單晶銅桿有致密的定向凝結(jié)組織，消除了橫向晶界，很少有縮孔、氣孔等鑄造缺點；且結(jié)晶方向拉絲方向相同，能接受更大的塑性變形才能。此外，單晶銅絲沒有阻止位錯滑移的晶界，變形、冷作、硬化回復(fù)快，所以是拉制鍵合引線（?0.03-0.016mm）的理想材料。

　　2）高純度：現(xiàn)在，在我國的單晶銅絲（原材料）可以做到99.999%（5N）或99.9999%（6N）的純度；

　　3）機械功用好：與同純度的金絲相比具有出色的拉伸、剪切強度和延展性。單晶銅絲因其優(yōu)異的機械電氣功用和加工功用，可滿意封裝新技能工藝，將其加工至?0.03-0.015mm的單晶銅超細絲代替金絲，從而使引線鍵合的距離更小、更安穩(wěn)。4）導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性好：單晶銅絲的導(dǎo)電率、導(dǎo)熱率比金絲前進20%，因而在和金絲徑相同的條件下可以承載更大的電流，鍵合金絲直徑小于0.018mm時，其阻抗或電阻特性很難滿意封裝要求。

　　5）低本錢：單晶銅絲本錢只需金絲的1/3-1/10，可節(jié)省鍵合封裝材料本錢90%；比重是金絲的1/2，1噸單晶銅絲可代替2噸金絲； 當今半導(dǎo)體行業(yè)的一些顯著改動直接影響到了IC互連技能，其間本錢要素也是推動互連技能發(fā)展的首要要素?，F(xiàn)在金絲鍵合長度逾越5mm，引線數(shù)抵達400以上，其封裝本錢逾越0.2美元。而選用單晶銅絲鍵合不但能下降器件制構(gòu)本錢，前進競賽優(yōu)勢。關(guān)于1密耳焊線，本錢最高可下降75%，2密耳可達90%。單晶銅和金的封裝本錢比較

　　單晶銅鍵合引線

　　6）單晶銅鍵合絲可以再氮氣氣氛下鍵合封裝，出產(chǎn)更安全，更可靠。單晶銅鍵合絲這種線性新型材料所展現(xiàn)出比金絲更優(yōu)異的特性，而引起了國內(nèi)外很多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的熱切重視，跟著我國集成電路和分立器件產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我國微電子封裝業(yè)需求運用正在爆發(fā)式的喚醒，我國現(xiàn)在首要封裝企業(yè)現(xiàn)已意識到這一新技能的發(fā)展?jié)摿?，現(xiàn)已開端運用單晶銅鍵合絲，但產(chǎn)品大部分都是國外進口，進口價格貴重。