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功率晶体管封装中铜丝键合工艺

发布时间:2020/5/26 16:27:57 | 点击:2

  近年来,在小功率双极型晶体管的封装中,由于材料成本的上升及芯片电流密度的提高,为降低封装成本和提高可靠性,原有使用的主流材料金线已经越来越没有优势可言,在一系列寻找替代金线材料的过程中,键合铜丝材料以其良好的电气特性,机械特性,还有最实在的成本优势-举成为金线材料的最佳替代品。

镀金银丝(蓝)

  随着铜丝键合工艺越来越多的应用在各种半导体器件上,怎么获得高可靠的铜球键合点已经成为了各半导体生产厂家主要关心的问题。其实说到可靠性,从很多已经研究过的资料中就有描述。铜丝键合工艺在理论上是要比金丝键合工艺要可靠。首先,铜丝的机械性能比金线优秀,在拉成直径很小的丝时也有很强的韧性和支撑力,有利于大跨度的拉丝和更小间距的排线。铜丝比金线强度大,所以铜丝的破断力和铜球的剪切力要都比金丝好,能为芯片和支架提供更为牢靠的连接。其次,铜丝的电导率和热导率到要比金线大,也就意味着在同等粗细状态下的铜丝能通过更多的电流和更迅速的把产生的热量散发出去。最后,铜丝与芯片铝电极的结合更为可靠,就是指铜和铝之间的结合层不会像金和铝之间的结合层那样在长期高温环境下容易产生柯肯德尔孔洞,更不会像金和铝电极的结合处容易形成脆性的金铝金属间化合物,就是所谓的“白斑”和“紫斑”。

  面对铜丝键合工艺在可靠性上这样多的优势,那为什么铜丝工艺只是在这几年才被大家采用?这个的道理也很简单,就是铜金属本身的两个重要的不利于丝球键合工艺的属性:一个是铜金属本身易氧化,另一个是硬度大。要是能解决上面这两个不利于丝球焊工艺问题,那之前说列举的可靠性优势才能完全体现出来。所以,从理论到实际生产运用,都要以解决这两个问题为中心展开。