铝线,银线,铜线,金线.doc

金线: 使用最广泛,传导效率最好但是价格也最贵,近年来已有被铜线所取代铝线: 多半用在功率型组件的封装, 线径较粗 有5mil 20mil ，在分立器件上因为功率的原因也会长期占据市场；比如济南晶恒，规模也比较大，用铝线效益也很好； 铜线 : 由于金价飞涨, 近年大多数封装厂积极开发铜线制程降低成本，铜线在制程中需要较多的能量才能BONDING 所以WAFER在制程中必须增加DIE PAD的厚度以避免PEELING，价格低,但是需加保护气体,钢性强因为铜的延展性问题，在细尺径的铜丝方面还有一定的技术难点。再说某一程度是铜也不能100%取代金线.物理性上如果克服了铜的氧化及硬度的问题,金是比不上铜的. 而铜线线径在达到18um左右时存在严重缺陷,另外键合效率低也是不利因素之一, 纯铜就是99.99%的铜,2T&b+K.J jA#Y2铜镀钯就是在99.99%的铜的外面镀一层钯.yh6Cij 前者生产过程中是用混合气作为保护气体的,后者是用纯氮气做为保护气体的.银线: 特殊组件所使用目前为止，还没有纯银线，不过最近出来一种银的合金线，性能较铜线也好，价格比金线要低，也得用保护气体，对于中高端封装来说，不失为一个好选择。1. 银对可见光的反射率高达90%,居金属之冠,所以在LED应用有增光效果.2. 银对热的反射或排除也居金属之冠,因此可降低芯片温度延长LED寿命.3. 银线的耐电流大于金和铜.(105%)4. 银线比金线好管理,比较不会遗失(无形损耗降低),5.银线比铜线好储放(铜线须密封,且储存期短,银线不需密封, 储存期可达612个月)银合金线成份主要是以：银、金、钯再加一些微量金属元素组成。6y(h ab x Zx 它具有银的优良性质：导电性最佳;（导电性：银金铜）ZLYVY 同时具有金的优良性质：伸展和延展性都比较好;（伸展和延展性：金铜银）,同时具有钯的优良性质：抗氧化性（抗氧化性：钯金银铜）导电性优列次序:银 铜 金 铝导热性优略次序:银 铜 金 铝金线:银线：易打不粘，滑球，断线铜线：硬度大，易氧化，烧球易出现高尔夫球和球形状不圆，通常要在焊线机台上加装95%氮加5%氢气的气枪金线：三种线当中最好的一种，有良好的延展和断裂特性，线弧较好，和CHIP的金焊垫和铝焊垫都有良好的结合性。?aI(AQxs&N 目前球焊最大的缺点, 在于使用的材料需要能够被加热, 产生焊球. 而铝线非常不容易生成焊球, 因此长久以来都是使用”比较贵”的金线, ”比较贵”目前已经成长到”无法负担的贵”了. (金价最高曾到1032 USD/oz, 今天也有912 USD/oz), 因此很多厂商都退而其次, 选用Wedge Bonding来用铝线打线, 或者死撑着用金线, 但是最理想的还是换个较便宜的材料, 众多学术研究(没有出处, 因为是从大陆网站看到的)指出, 铜的工艺性能好, 价格便宜, 非常符合需求C_R/B(j?Q 好, 那好处在哪里? 原因有五个, 以下将一一说明sQ!fSq#gD#b zXP3k cfp第一.价格第二. 电学性能, 导电性来说, 铜在20度时为5.88 ohm-1, 而金为4.55, 铝为3.65, 铜的导电性较高, 表是相同直径下的线可以运送更多电流. 电阻则是相反, 铜具有最低电阻. 铜的介电常数也比较低, 对于电流的迟滞效应较不显著, 例于电荷输送. 5Z5qL)Fuf9U第三. 热学性能, 也就是热传导系数比较下, 铜最高(39.4 kW/m2k), 由于复力叶定律, 热通量等于热传导系数成上温度梯度, 在温度梯度相同下, 因为铜的热传导系数较高, 单位时间单位面积输送的热较大, 在电子产品越做越小, 越细微的情况下, 散热是不可避免的一环, 铜在这块就表现得很突出. (其实现在的散热组件都很多都是是用铜作的), 另外, 铜的热膨胀系数(CTE)也算低, 为16.5, 而金为14.2, 铝为23.1, 受热之后, 铝的膨胀将最明显.ka7iZ&wa0P 第四. 机械性能, 机械性能在材料中是很重要需要考虑的参数. 举例而言, TS(Tensile Strength, 抗张强度)来说, 铜在每单位平方公厘可以抗张210370N的强度, 而金最多为220, 铝最多只到200, 在打线时, 因为打线机(Wire Bonder)会对线材做出拉动, 或looping的动作, 如果抗张强度不够, 线材很可能会损坏. 另外, 铜的硬度(Vickers hardness)最高, 对于线材越细之表现良好, 坏处当然也有, 留在后面再提. 另外, 在Wire Bonding有一重要参数, 称为Break Load(BL), 代表断裂前的最大荷重, 铜的断裂荷重在shear Test中, 一开始比金高出许多, 但是时间一久, 金反而比铜高了, 研究人员分析之后发现, 金的内部其实出现很多Kirkendall Void, 这种孔洞非常容易造成导电度下降, 因此在Shear Test还是铜较为良好. 另外一种BL的测试为Pull Test, 测试结果发现, 铜与金的差别不大, 但是在相同半径情况下, 铜的BL还是较金为高.&UUmj(g0m;Z PY.d!j9n 第五. 金属间化合物之生成, 以往金材最为人诟病的是金属间化合物的生成, 由于Bond Pad材质通常为铝, 打金线后, 若是生成金属间化合物, 将会减弱金铝的键结. 实验结果证明, 金于打线后一天, 就生成Au4Cl和Au2Cl, 厚达8um, 打线后4天更是生成Kirkendall Void. 而相同实验条件下, 铜线于一天候没有生成任何化合物, 16天后才生成非常薄的Cu/Al层, 128天之后, 仅生成约1um的金属间化合物, 且完全没有Kirkendall Void生成. 原因在于, 铜(1.9)的电负度和铝(1.6)的差别比较小, 而金(2.5)和铝的差别比较大, 电负度差大反应力越大, 且就原子半径来看, 铜和铝的差别较大, 较不易结合. 在比较不易生成金属间化合物的情况下, 铜线的可信赖度比金线高的多. Z_l67Ea 但是缺点有两点非常致命, 从1991年开始有人研发铜线的使用, 数十年来一直在对这两点特性思考解决方法. l&D Uc)JgYJ Lk 第一. 铜线在室温下非常容易氧化, 生成CuO或Cu2O3, 除了考虑电负度的影响uGb/Q+ MD#qU之外, 氧化还原电位(ORP)的比较下, 铜的氧化力比金大的多, 而金则是还原力大, 容易得电子, 不容易和氧作用提高氧化数. 一旦容易氧化, 产生的氧化层对于Bond的可信赖度就大大下降. 也因此铜线的(Shelf Life)存放时间也很短.m0n%?(y p B#jR9Z w& F 第二. 铜的硬度, 刚刚提到铜的机械性质非常良好, 由其是硬度为三种材料最高的, 但是硬度越大, 须要将铜型变(Deform)产生Bond的作用力相对需要提高, 这对于Pad的损害也很大. 而且作用力越大, 对于2nd bond的可靠性也下降, 因此铜线的2nd bond通常良率不是很好.f!i Q6Elz 这两种缺点使铜无法像金铝一样垄断这市场, 但是几十年来, 有许多解决方法因应而生. 最主要的有二D jU.NH+y1O 第一. 使用钝性气体(Inert Gas), 例如Ar, 或者氮气, 利用钝性气体降低铜可能和氧气接触的可能性, 但是成本较高, 须加装Purge或钢瓶等设备7Ik_t6o X,hM n$I%TA*xPM3R 第二. 合金制作, 将铜镀上其它金属, 如Ag, Ti, Pd金属等, 降低铜与氧接触的机会, 并改变其机械特性. 之前还有一日本研究人员提出用一特殊溶液在铜表面形成亚铜(Cuprous), 这样在存放时就不需太考虑氧化问题, 而打线时加以超音波, 即可移除亚铜, 不过可能是因为成本原因无法大量使用.(H;D;V:_3u5a.J 7d4F4p G N3jk$N对于铜线在打线这产业, 各家公司还是非常看好的, 除了是高死人不偿命的金价, 还有铜的