摘要:

介紹了電子封裝材料中用于引線鍵合工藝的幾種主要導(dǎo)電絲材料,包括金絲、銅絲和鋁絲。對(duì)金絲的種類、工藝及國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)情況進(jìn)行了詳細(xì)介紹;介紹了銅絲的幾種主要工藝;并對(duì)鋁絲進(jìn)行概括介紹。

在超大規(guī)模集成電路(ULSI)中,芯片與外部引線的連接方法中,引線鍵合是芯片連接的主要技術(shù)手段。集成電路引線鍵合是實(shí)現(xiàn)集成電路芯片與封裝外殼多種電連接中最通用,也是最簡(jiǎn)單而有效的一種方式。引線鍵合工藝中所用導(dǎo)電絲主要有金絲、銅絲和鋁絲,是電子封裝業(yè)4大重要結(jié)構(gòu)材料之一。

1 鍵合金絲

ULSI引線鍵合,使用最多的導(dǎo)電絲材料是金絲。而鍵合金絲是指純度為99.99%,線徑為18～50μm的高純金合金絲。通常采用球焊-楔焊方式鍵合,并常用于塑料樹脂封裝。

鍵合金絲主要有以下幾項(xiàng)特性:(1)機(jī)械強(qiáng)度:要求金絲能承受樹脂封裝時(shí)應(yīng)力的機(jī)械強(qiáng)度,具有規(guī)定的拉斷力和延伸力。(2)成球特性好。(3)接合性:金絲表面無(wú)劃疵、臟污、塵埃及其他粘附物,使金絲與半導(dǎo)體芯片之間、金絲與引線框架之間有足夠的接合強(qiáng)度。(4)作業(yè)性:隨著金絲長(zhǎng)度的加長(zhǎng),要防止卡絲,還要求金絲直徑精度要高,表面無(wú)卷曲現(xiàn)象。(6)焊接時(shí)焊點(diǎn)沒有波紋。

為了獲得機(jī)械性質(zhì)穩(wěn)定的金絲產(chǎn)品,需要在高純金中加入微量元素進(jìn)行調(diào)節(jié),通過(guò)對(duì)微量元素種類及數(shù)量的控制,不僅可使金絲得到穩(wěn)定適合的機(jī)械性能,也可獲得合適的金焊球形狀和弓絲弧度。例如,添加Al,Si和Pb則不易成球;Cu,Fe和Mg則易在焊球表面形成氧化膜;Pd和Pt會(huì)使焊球表面產(chǎn)生皺折;Pb,Al,Ti,Bi含量高常導(dǎo)致球頸端部斷裂;Pb,Sn,In與弧圈下塌有關(guān);Pt,Pd,Ag,Si易產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象;另外添加Al,Ca,Tl,Be等可提高再結(jié)晶溫度到400℃以上;添加鈣還可降低鉛的不良影響,與鉛形成的化合物熔點(diǎn)可提高到1000℃以上。金屬鈹?shù)奶砑涌杉?xì)化晶粒,除了有利于加工外,還可提高再結(jié)晶溫度,但加入量多了也會(huì)使金絲變硬變脆。

1.1 鍵合金絲的種類及工藝

鍵合金絲直徑一般在20～50μm之間。由于大部分使用在高速自動(dòng)鍵合機(jī)上,最高速焊機(jī)每秒可完成7～10根鍵合線。因此要求金絲具有均勻穩(wěn)定的機(jī)械性能和良好的鍵合性能。為適應(yīng)自動(dòng)化規(guī)模生產(chǎn),同時(shí)要求每軸絲的長(zhǎng)度在300,500或1000m,國(guó)外的微細(xì)絲已達(dá)到2000m,甚至3000m供貨。

鍵合金絲按用途及性能分為普通金絲(Y)、高速金絲(GS)、高溫高速金絲(GW)和特殊用途金絲(TS)。當(dāng)金絲的延伸率一定的時(shí)候,高速鍵合機(jī)用金絲與手動(dòng)鍵合機(jī)用金絲的室溫強(qiáng)度是不一樣的,按大小順序GW型最大,Y型最小;金絲的實(shí)際使用溫度一般在250～350℃,高溫強(qiáng)度還是GW型的金絲最大,Y型最小。延伸率則是Y型絲最大,GW型最小。高速鍵合機(jī)一般使用強(qiáng)度較大的GW和GS型金絲,Y型絲則主要用于手動(dòng)鍵合機(jī)。

為了滿足微細(xì)金絲各種各樣的性能要求,金絲的分類,還可以弧度高低的不同分為高弧度、中弧度、低弧度金絲。微細(xì)金絲的端部熔成球狀壓焊到半導(dǎo)體電極上,焊球在熔化的時(shí)侯,球頸附近金絲發(fā)生再結(jié)晶,形成再結(jié)晶領(lǐng)域。產(chǎn)生弧度的時(shí)候金絲在比母線軟的再結(jié)晶領(lǐng)域和母線的界面變形,再結(jié)晶領(lǐng)域越長(zhǎng)弧度越高,反之再結(jié)晶領(lǐng)域越短,弧度越低。金絲鍵合工藝有熱壓焊(T/C)、熱超聲焊(T/S)和超聲波焊接(U/S)。

1.2 鍵合金絲的發(fā)展方向[2]

目前,鍵合金絲主要有以下兩個(gè)發(fā)展方向:

(1)通過(guò)微量添加元素的復(fù)合作用和最佳的合金化元素設(shè)計(jì),達(dá)到鍵合金絲的合金化、加工細(xì)線化和低成本化以及提高鍵合強(qiáng)度和在高溫振動(dòng)環(huán)境下的使用性能。添加元素主要有5種:Ca,Y,Sm,Be,Ge。5種元素合計(jì)添加最佳范圍為4.0×10-3%～5.0×10-3%。

(2)針對(duì)鍵合金絲細(xì)線化、接合性和降低成本問題,日本田中電子、住友金屬礦山和德國(guó)的賀利氏等公司相繼開發(fā)出高性能的Au-Ag,Au-Ni,AuSn,Au-Cu等新型微細(xì)合金絲,現(xiàn)在已開始進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。

1.3 國(guó)內(nèi)外金絲市場(chǎng)需求及生產(chǎn)情況

1.3.1 鍵合金絲市場(chǎng)預(yù)測(cè)分析

目前全球IC和分立器件內(nèi)引線鍵合金絲用量在35～40t之間,金絲的年銷售額達(dá)6億美元之多。

2000年我國(guó)IC年需求量在240億塊,中國(guó)境內(nèi)IC封裝總量超過(guò)40億塊,鍵合金絲總需求量在4500kg左右,而國(guó)內(nèi)鍵合金絲生產(chǎn)廠商年供市場(chǎng)金絲量為2500～3000kg左右。2002年中國(guó)鍵合金絲產(chǎn)量為2890kg,同比增長(zhǎng)率為45.2%,產(chǎn)值為15100萬(wàn)元,比2001年增長(zhǎng)64.1%。2002年中國(guó)鍵合金絲進(jìn)口量為410kg,主要從日本進(jìn)口;出口量為200kg,主要出口地為美國(guó)、日本和韓國(guó)。

從1995年到2002年,中國(guó)鍵合金絲市場(chǎng)一直保持著高速發(fā)展的勢(shì)頭,年均增長(zhǎng)率達(dá)到了38.33%,其中在全球半導(dǎo)體行業(yè)不景氣的2001年其增長(zhǎng)率竟達(dá)到了60%。2002年中國(guó)鍵合金絲需求量為3500kg,銷售額為16130萬(wàn)元,比2001年的11290萬(wàn)元增長(zhǎng)了45.8%。其中集成電路用鍵合金絲市場(chǎng)需求量為500kg,比2001年增長(zhǎng)了60%。

2003年左右國(guó)內(nèi)還將有新的封裝企業(yè)建成投產(chǎn),預(yù)計(jì)IC總封裝量可達(dá)60億只左右。屆時(shí)鍵合金絲的需求量將達(dá)到6000kg。根據(jù)我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部計(jì)劃,到2005年,全國(guó)集成電路產(chǎn)量要達(dá)到200億塊,屆時(shí)鍵合金絲的需求量將達(dá)到15000kg;到2010年,全國(guó)集成電路產(chǎn)量將達(dá)到500億塊,銷售額達(dá)到2000億元左右,占當(dāng)時(shí)世界市場(chǎng)份額的5%,而鍵合金絲的需求量將達(dá)到35000kg。

1.3.2 我國(guó)鍵合金絲產(chǎn)業(yè)狀況

作為IC4大基礎(chǔ)材料之一的鍵合金絲,在我國(guó)的生產(chǎn)起步于70年代,生產(chǎn)單位多為作坊式制造或附屬于金銀制品生產(chǎn)單位之中,多年來(lái)沒有專業(yè)化IC和分立器件使用的鍵合金絲生產(chǎn)企業(yè),金絲產(chǎn)品技術(shù)水平低,品種少,不能滿足IC和分立器件封裝業(yè)的需求,多年來(lái)一直依賴進(jìn)口。隨著分立器件和IC發(fā)展,鍵合金絲用量迅速增長(zhǎng),為滿足封裝業(yè)的需求,國(guó)家在“八五”、“九五”中均安排了鍵合金絲的科技攻關(guān),使國(guó)產(chǎn)鍵合金絲產(chǎn)業(yè)有了較快的發(fā)展。

在原有金絲生產(chǎn)的基礎(chǔ)上,改行擴(kuò)建形成了引線鍵合金絲的專業(yè)性生產(chǎn)企業(yè)和研究單位。國(guó)內(nèi)鍵合金絲生產(chǎn)已基本形成了國(guó)企、合資及生產(chǎn)研究相結(jié)合的完整體系。主要的生產(chǎn)研制單位有4家:山東賀利氏招遠(yuǎn)貴金屬材料有限公司、常熟特種電子材料廠、昆明貴金屬研究所、北京有色金屬與稀土應(yīng)用研究所等,年供應(yīng)金絲量約1800kg。山東賀利氏招遠(yuǎn)貴金屬材料有限公司和常熟特種電子材料廠具有一定的生產(chǎn)規(guī)模,其余兩家為研究單位,具有較強(qiáng)的科研開發(fā)能力,其產(chǎn)品技術(shù)水平較高,但產(chǎn)量較少。

目前,國(guó)內(nèi)中小規(guī)模IC和分立器件用鍵合金絲已基本解決,而大規(guī)模、超大規(guī)模IC用鍵合金絲仍需大量進(jìn)口。隨著我國(guó)微電子工業(yè)的迅速發(fā)展,特別是合資獨(dú)資的IC封裝廠和分立器件封裝廠如雨后春筍般涌出,這些封裝企業(yè)的產(chǎn)能約占我國(guó)總產(chǎn)能的80%,技術(shù)水平也相對(duì)較高,與此相應(yīng)對(duì)金絲的技術(shù)要求也很高,如要求用更細(xì)的鍵合絲進(jìn)行窄間距、長(zhǎng)距離的鍵合。因此對(duì)鍵合金絲的技術(shù)指標(biāo)提出了越來(lái)越高的要求,高純度、高溫、超細(xì)超長(zhǎng)的金絲需求量迅速增長(zhǎng),一半以上的普通鍵合金絲都將向高密度低弧度鍵合金絲發(fā)展,其發(fā)展?jié)摿薮?前景廣闊[3]。

但目前企業(yè)對(duì)這類金絲的需求絕大部分依靠進(jìn)口,而國(guó)內(nèi)金絲無(wú)論質(zhì)量或數(shù)量都不能滿足要求。鍵合金絲的市場(chǎng)需求導(dǎo)致了國(guó)內(nèi)“高精絲供不應(yīng)求,普通絲供求平衡”的局面。而日本的金絲種類、質(zhì)量和產(chǎn)量在世界上均居首位。

預(yù)計(jì)2005年鍵合金絲的需求量將達(dá)到15000kg,2010年鍵合金絲的需求量將達(dá)到35000kg,而且大部分是高品質(zhì)的超細(xì)金絲[4]。

分析和比較國(guó)內(nèi)鍵合金絲業(yè)的市場(chǎng)、生產(chǎn)情況和發(fā)展目標(biāo),可以看出國(guó)內(nèi)鍵合金絲業(yè)與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家及我們的目標(biāo)還有很大的差距。目前國(guó)內(nèi)鍵合金絲加工尚未形成大規(guī)模、高效化、高品質(zhì)生產(chǎn)局勢(shì)。

2 鍵合銅絲

為了降低封裝成本,人們一直在尋找一種較便宜的材料代替昂貴的金絲材料。采用銅絲鍵合新工藝不但能降低器件制造成本,而且其互連強(qiáng)度比金絲還要好。它推動(dòng)了低成本、細(xì)間距、高引出端數(shù)器件封裝的發(fā)展。第二是晶片線條的尺寸在不斷縮小,器件的密度增大、功能增強(qiáng)。這就需要焊區(qū)焊點(diǎn)極小的細(xì)間距、高引出端數(shù)的封裝來(lái)滿足上述要求。第三是器件的工作速度,出現(xiàn)了晶片鋁金屬化向銅金屬化的轉(zhuǎn)變。因?yàn)榫你~金屬化可以使電路密度更高、線條更細(xì)。對(duì)于高速器件的新型封裝設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),在封裝市場(chǎng)上選擇短銅絲鍵合并且間距小于50μm的銅焊區(qū)將成為倒裝焊接工藝強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。表1列出銅作為鍵合材料用于IC封裝中的發(fā)展趨勢(shì)[5]。

2.1 銅絲鍵合工藝的發(fā)展

早在10年前,銅絲球焊工藝就作為一種降低成本的方法應(yīng)用于晶片上的鋁焊區(qū)金屬化。當(dāng)時(shí),行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)封裝形式為18～40個(gè)引線的塑料雙列直插式封裝(塑料DIP),其焊區(qū)間距為150～200μm,焊球尺寸為100～125μm,絲焊的長(zhǎng)度很難超過(guò)3mm。

在大批量、高可靠性的產(chǎn)品中,金絲球焊工藝要比銅絲球焊工藝更穩(wěn)定更可靠。然而,隨著微電子行業(yè)新工藝和新技術(shù)的出現(xiàn)及應(yīng)用,當(dāng)今對(duì)封裝尺寸和型式都有更高、更新的要求。首先是要求鍵合絲更細(xì),封裝密度更高而成本更低。一般在細(xì)間距的高級(jí)封裝中,引出端達(dá)500個(gè),金絲鍵合長(zhǎng)度大于5mm,其封裝成本在0.2美元以上。與以前相比,絲焊的價(jià)格成為封裝中的重要問題。在經(jīng)過(guò)新工藝如新型EFO(電子滅火)、OP2(抗氧化工藝)及MRP(降低模量工藝)的改進(jìn)后,使銅絲鍵合比金絲鍵合更牢固、更穩(wěn)定。尤其是在大批量的高引出線、細(xì)間距、小焊區(qū)的IC封裝工藝中,成為替代金絲的最佳鍵合材料。

超細(xì)間距的球形鍵合工藝是隨產(chǎn)品尺寸和線條不斷縮小的要求而發(fā)展,特別是因?yàn)槠骷陌b密度要求越來(lái)越高。當(dāng)間距尺寸低于60μm時(shí),鍵合線的直徑必須低于25μm。而直徑低于25μm的金絲在硬度和強(qiáng)度上都要略差一些,工藝實(shí)施也比較困難。但是采用直徑低于25μm的銅絲,其硬度比金絲硬度大40%,強(qiáng)度是金絲的兩倍,且便于工藝操作,器件產(chǎn)量高。因此,在當(dāng)今高級(jí)微電子封裝中,硅晶片上的鋁金屬化工藝正在朝著銅合金化工藝發(fā)展,銅絲鍵合明顯占優(yōu)勢(shì)。目前,在晶片上實(shí)現(xiàn)銅絲金屬化工藝的線條最細(xì)可低于0.13μm。

2.2 銅絲鍵合工藝

當(dāng)今,全球的IC制造商普遍采用3種金屬互連工藝,即:銅絲與晶片鋁金屬化層的鍵合工藝,金絲與晶片銅金屬化層的鍵合工藝以及銅絲與晶片銅金屬化層的鍵合工藝。近年來(lái)第一種工藝用得最為廣泛,后兩者則是今后的發(fā)展方向。

2.2.1 銅絲與晶片鋁金屬化層的鍵合工藝

近年來(lái),人們對(duì)銅絲焊、劈刀材料及新型的合金焊絲進(jìn)行了一些新的工藝研究,克服了銅易氧化及難以焊接的缺陷。采用銅絲鍵合不但使封裝成本下降,更主要的是作為互連材料,銅的物理特性優(yōu)于金。特別是采用以下3種新工藝,更能確保銅絲鍵合的穩(wěn)定性[6,7]。

(1)充惰性氣體的EFO工藝:常規(guī)用于金絲球焊工藝中的EFO是在形成焊球過(guò)程中的一種電火花放電。但對(duì)于銅絲球焊來(lái)說(shuō),在成球的瞬間,放電溫度極高,由于劇烈膨脹,氣氛瞬時(shí)呈真空狀態(tài),但這種氣氛很快和周圍的大氣相混合,常造成焊球變形或氧化。氧化的焊球比那些無(wú)氧化層的焊球明顯堅(jiān)硬,而且不易焊接。新型EFO工藝是在成球過(guò)程中增加惰性氣體保護(hù)功能,即在一個(gè)專利懸空管內(nèi)充入氮?dú)?確保在成球的一瞬間與周圍的空氣完全隔離,以防止焊球氧化,焊球質(zhì)量極好,焊接工藝比較完善。這種新工藝不需要降低周圍氣體的含氧量,用通用的氮?dú)饧纯?因此降低了成本。

(2)OP2工藝:銅絲球焊和金絲球焊的正常焊接溫度為175～225℃。在該溫度范圍內(nèi),銅線很快被氧化,如果表面沒有保護(hù)層就無(wú)法焊接。所以需要進(jìn)行抗氧化的表面處理形成可靠的可焊接表面層。

(3)MRP工藝:絲焊鍵合工藝的有限元模型的建立為焊接材料和工具圖形的效果提供了新的認(rèn)識(shí)。通過(guò)金絲焊球和銅絲焊球的變形而產(chǎn)生的壓力圖形比較,可以看出在銅絲球焊過(guò)程中的底層焊盤的力要大一些。同樣高度的銅、金焊球,銅焊球的焊接壓力大,硬度明顯高于金,但比金焊球容易變形。硬度和模量是焊絲的主要參數(shù)。為降低其硬度,以前人們是依靠采用純度高達(dá)99.999%或99.9999%的銅,因?yàn)榧兌鹊蛣t硬度高。

目前最新的方法是結(jié)合專利的焊接和焊絲制造工藝,在降低模量的同時(shí)提高了焊接質(zhì)量和產(chǎn)量。MRP工藝可以提高銅焊點(diǎn)的拉伸強(qiáng)度,一般對(duì)于10μm直徑的Cu來(lái)說(shuō),采用MRP的焊接強(qiáng)度可達(dá)5～6g,若不采用MRP,焊接強(qiáng)度僅有1～2g。此外,還可改善由細(xì)直徑焊接頭和細(xì)間距劈刀產(chǎn)生的銅球焊接點(diǎn)的失效模式。

2.2.2 金絲與晶片銅金屬化層的鍵合工藝

焊區(qū)間距降低到55μm以下后,金絲球焊工藝可以代表許多元器件銅金屬化互連的整體級(jí)別。金是貴金屬,不需要球成型的保護(hù)性氣體。然而未受保護(hù)的晶片金屬化銅在正常工藝溫度下易氧化。因此,在組裝工藝即劃片、芯片粘結(jié)、熱固化以及絲焊鍵合過(guò)程中,需要加入特殊的清洗、保護(hù)性表面處理和OP2工序中以防金屬化銅的氧化。試驗(yàn)證實(shí),銅絲焊球的形狀及剪切強(qiáng)度在銅金屬化焊盤上與鋁金屬化焊盤上的質(zhì)量一樣。但是金、銅的擴(kuò)散率明顯低于金-鋁。金-銅金屬間的化合成型較低,很少出現(xiàn)空洞,因而可靠性高于金-鋁。目前,晶片銅焊區(qū)上的鋁絲球焊工藝做得好的是美國(guó)的K&S8028型鍵合機(jī),焊絲為99.99%的金絲,劈刀為特殊設(shè)計(jì),其剪切強(qiáng)度高達(dá)0.87～0.93g·cm-2。這種被命名為“OP2-Gold60”和“OP2-Gold50”的工藝能使用戶在焊區(qū)間距為60和50μm的晶片銅金屬化層上實(shí)施既實(shí)用又可靠的金絲鍵合工藝。

2.2.3 銅絲與晶片銅金屬化層的鍵合工藝

元器件的工作速度是銅絲與晶片銅金屬化層的鍵合工藝發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力。目前,銅絲與晶片銅金屬化層的鍵合工藝還處于研究階段,已經(jīng)于2001年底應(yīng)用在大批量生產(chǎn)中。該工藝目前只能使用K&S8060楔焊機(jī)。銅楔焊是在室溫下進(jìn)行的焊接工藝,而球焊接則需要提高溫度來(lái)輔助焊球成型。楔焊接的一個(gè)主要缺點(diǎn)是其焊接速度低于球焊接。然而,目前較新型的楔焊機(jī)在生產(chǎn)率和精確度方面都取得了顯著的提高,可達(dá)到每秒6根絲的生產(chǎn)速率,而且焊絲間距為50μm。因此,這種銅絲與晶片銅金屬化層的鍵合工藝能滿足最佳功能與特性設(shè)計(jì)要求。其中:(1)有超長(zhǎng)或跨接鍵合絲的封裝設(shè)計(jì),焊絲直徑小于20μm;(2)金絲直徑小于17μm時(shí),其阻抗或電阻特性很難滿足一些封裝要求,而銅絲的導(dǎo)電率比金絲高,直徑也小于金絲;(3)銅絲具有超強(qiáng)的電特性,可滿足數(shù)據(jù)傳輸速率和射頻要求[8]。

總之,銅絲已經(jīng)很成功地應(yīng)用于鍍Ag/Ni引線、鋁金屬化層以及銅金屬化層的鍵合中。影響焊接成型以及焊接可靠性的一個(gè)關(guān)鍵因素是焊絲與金屬化層之間金屬間化合物的增長(zhǎng)速率。在焊接過(guò)程中,焊絲與金屬化層的擴(kuò)散速率越低,金屬間化合物的增長(zhǎng)速率就越低,而使接觸電阻值低,產(chǎn)生的熱量就少。而銅絲球焊的金屬間滲透明顯低于金絲球焊。這就意味著銅、鋁界面比金、鋁界面的電阻率更低、熱量更小、封裝壽命長(zhǎng)即可靠性更高,更能滿足焊接強(qiáng)度的要求。對(duì)于金-鋁焊點(diǎn)來(lái)說(shuō),它的剪切表面是在焊球內(nèi)部,穿過(guò)球體。而銅-鋁焊點(diǎn)的剪切面是穿過(guò)鋁焊區(qū),明顯比金絲的強(qiáng)度高。銅焊球和金屬間界面層都比鋁焊區(qū)堅(jiān)硬。

隨著微電子封裝技術(shù)的發(fā)展,芯片制造商擬將晶片上的鋁金屬化層更換為銅,這樣不但能提高器件特性,還能降低成本。因?yàn)樵诰你~金屬化層上可以直接焊接,而不需要像鋁金屬化層那樣加一層金屬焊接層。同時(shí),在工藝上,逐漸將傳統(tǒng)的金絲換成銅絲,解決細(xì)間距的器件封裝。對(duì)器件超細(xì)間距的要求成為降低焊絲直徑的主要驅(qū)動(dòng)力。因而,在今后的微電子封裝發(fā)展中,銅絲焊將會(huì)成為主流技術(shù)。銅絲與傳統(tǒng)的晶片上鋁金屬化焊區(qū)的鍵合,可降低成本,使高產(chǎn)、細(xì)間距的封裝的焊絲更牢固和堅(jiān)硬。金絲與晶片上銅金屬化焊區(qū)的鍵合,需要附加OP2和MRP工藝。銅絲與晶片上銅金屬化焊區(qū)的鍵合是解決最細(xì)間距封裝的最佳方案,該工藝技術(shù)是未來(lái)的發(fā)展方向。

3 鍵合鋁絲(含少量硅或鎂的合金絲)

盡管集成電路引線鍵合中使用最多的引線材料是金絲,并逐漸用銅絲取代金絲,但在陶瓷外殼封裝的集成電路中,多采用鋁絲(含有少量的硅或鎂)作為引線材料。

因?yàn)殇X絲具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱能力和抗蝕性,易于與集成電路芯片的鋁金屬化布線形成良好的鍵合,并且很穩(wěn)定,也易于拉制成細(xì)絲,且價(jià)格比金絲便宜得多。再說(shuō),它不象金絲那樣,容易與芯片上鋁金屬化布線層形成有害的金屬間化合物(紫斑或白斑),降低鍵合接觸強(qiáng)度,增大接觸電阻,進(jìn)而降低電路的可靠性。

在高可靠集成電路中,鍵合用引線材料多為鋁絲,目前其鍵合方式一般采用超聲楔焊-楔焊鍵合[9]。

集成電路的引線鍵合,是造成電路失效眾多因素中極為重要的一個(gè)因素,同時(shí),集成電路引線鍵合的合格率嚴(yán)重地影響著集成電路封裝的合格率。集成電路的引線數(shù)越多,封裝密度越高。其影響的程度也就越嚴(yán)重。因此,必須不斷提高集成電路引線鍵合的質(zhì)量,以滿足集成電路引線數(shù)不斷增多,封裝密度不斷增大,而對(duì)封裝合格率和可靠性都不斷提高的需要。

在陶瓷外殼封裝集成電路的引線鍵合中,每鍵合一根引線,它有兩個(gè)鍵合點(diǎn)和一根引線。一個(gè)鍵合點(diǎn)是引線與集成電路芯片上鋁鍵合區(qū)間的鍵合,一個(gè)是引線與管殼上金金屬化布線間的鍵合,以及兩個(gè)鍵合點(diǎn)間的引線。陶瓷外殼封裝集成電路的引線鍵合如圖1所示[10]。

目前硅鋁絲主要有日本田中公司(新加坡)生產(chǎn)的硅鋁絲,該公司生產(chǎn)的硅鋁絲基本能滿足應(yīng)用。國(guó)產(chǎn)硅鋁絲的主要問題是硬度不一,表面氧化層過(guò)厚等,不能獲得高質(zhì)量的鍵合引線。由于工藝條件限制,國(guó)內(nèi)目前尚無(wú)大批量生產(chǎn)的工廠。

電子封裝用引線鍵合材料是電子材料的4大基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)材料之一,隨著電子工業(yè)的蓬勃發(fā)展,引線鍵合材料的發(fā)展也必定會(huì)日新月異,并將會(huì)給電子工業(yè)以極大的促進(jìn)。

審核編輯 ：李倩