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键合铜丝的优点和应用

发布时间:2020/7/13 16:46:42 | 点击:7

  铜键合丝与金丝相比具有明显的优势,采用键合铜丝不仅可以在很大程度上降低器件的制造成本、提高竞争优势,而且键合铜丝优良的材料性能也加速了在电子封装业中的应用。键合铜丝优良的材料性能主要表现在以下几个方面。


键合铜丝(蓝)

  1、材料成本低

  生产键合丝的成本包括制造成本和原料成本两部分,对于铜线,其制造成本与金线大体相当,但是其原料成本要比金线低得多。φ0.020mm的铜丝,其成本相比金丝而言可节约63%2。而对于引脚数大于400、直径为50μm、线长达5mm的铜线封装,其成本可比金线节约90%[23],当然这还取决于市场上金与铜的价格。总的来说,封装中所用铜线引脚越多、线径越大、引线越长,铜线封装的成本优势越明显。


  2、优良的力学性能

  键合丝的力学性能,即丝的破断力和伸长率对引线键合的质量起关键作用。具有较高破断力和较好伸长率的丝更利于键合。铜丝与同纯度和线径的金丝相比,具有更高的断裂强力与延伸率。


  3、优良的电和热性能

  封装材料的电学性能直接决定了芯片的性能指标,铜线具有优良的电性能,其电阻率较低为1.6uQ/cml2S],铜的电导率比金高出近40%,比铝高出近2倍。在承受相同电流时,铜丝截面积比金丝小,这样在微间距封装中就可以采用更细的焊线,提高了功率功率调节器件的电流容量和性能。此外,铜丝的寄生电容比金丝小,这对高速IC是非常有利的。因此铜焊线更适用于多种高端、高速、微间距器件和引线数量更高、焊垫尺寸更小的元器件的封装1261。铜的热学性能也显著优于金和铝,使金属熔球过程中键合线上的热影响区域变少,因此能够以更细的焊丝直径达到更好的散热性能及更高的额定功率1。此外,铜的热膨胀系数比铝低,因而其焊点的热应力也较低,大大提高了器件的可靠性。


  4、键合铜丝金属间化合物生长速度缓慢

  铜丝与金丝焊点相比,铜丝焊点中的金属间化合物生长速度显著减小。这就降低了电阻增加量,减小了产热,提高了器件的可靠性。瑞典Larbi AinouzMetallurgist等人研究了铜线作为互连材料在半导体封装中的性能2931。他们的研究表明,铜丝与金属化层键合的匹配性及可靠性均相当于或优于金丝和铝丝。在键合过程中,影响焊接成型以及焊接可靠性的一个关键因素是焊丝与金属化层之间的金属间化合物(IMC)的增长速率。键合时,焊丝与金属化层的扩散速率越低,使得接触电阻越低,金属间化合物的增长速度就越低,产生的热量就少,从而提高了键合强度,并最终提高了焊接可靠性和器件性能。


  5、与焊盘间键合性能优越

  随着硅片上铜互连技术的发展,铜与铜焊盘之间的键合有很多属于单金属间的键合,这样不用担心互扩散,可以大大提高键合的可靠度。单金属间键合更能进一步地缩小焊球间间距。常用的键合方法为楔形键合以及球键合,楔形键合较球形键合技术成熟一些。另外,随着硅片上铜金属化,如果用金线键合的话,金:就比铜更软- -些,所以键合时为了避免产生弹坑必须调整键合参数:而用铜线键合则不用担心这些问题,但是铜线与硅片上的铜金属化区域直接键合这种技术在商业上应用还不多见,这主要是由于硅片,上的铜金属化区域的防氧化问题难以解决。