微電子封裝中的貴金屬鍵合絲

引線鍵合（Wire Bonding）是將半導(dǎo)體芯片焊區(qū)與電子封裝外殼的I/O引線或基板上焊區(qū)用金屬細(xì)絲連接起來(lái)的工藝技術(shù)。引線鍵合焊的原理是采用加熱、加壓和超聲等方式破壞被焊表面的氧化層和污染，產(chǎn)生塑性變形，使得引線與被焊面緊密接觸，達(dá)到原子間的引力范圍并導(dǎo)致界面間原子擴(kuò)散而形成焊合點(diǎn)。當(dāng)今80%以上的半導(dǎo)體封裝仍然使用引線鍵合技術(shù)進(jìn)行組裝。

半導(dǎo)體制造領(lǐng)域很少有技術(shù)能像引線鍵合那樣經(jīng)受住時(shí)間的考驗(yàn)，第一臺(tái)引線鍵合機(jī)問(wèn)世于上世紀(jì)50年代。作為一種低成本的封裝互連方式，引線鍵合至今仍保持著旺盛的生命力，通過(guò)不斷的改進(jìn)在2.5D封裝、3D封裝等高密度封裝中繼續(xù)作為主要的內(nèi)互連技術(shù)之一。2016年蘋果推出的iPhone 7堆疊了16個(gè)NAND閃存芯片，支持128GB的存儲(chǔ)空間。每個(gè)die堆疊成金字塔狀，使用微小的導(dǎo)線連接。

引線鍵合所用到的金屬絲即為鍵合絲，鍵合絲是微電子封裝中重要的互連材料。由于金具有良好的抗腐蝕性、抗氧化性和優(yōu)良的延展性、導(dǎo)電性，因此是目前電子工業(yè)中最普遍采用的引線材料。而鑒于純金高昂的價(jià)格，材料成本更具優(yōu)勢(shì)的金合金絲、銀合金絲也正得到更廣泛地應(yīng)用。三種貴金屬鍵合絲的特點(diǎn)如下表所示：

純金鍵合絲可靠性高，鍵合工藝成熟，并且對(duì)機(jī)臺(tái)要求不高，鍵合效率高，仍占據(jù)高端市場(chǎng)。金絲純度越高，其電阻率越低、可焊性越好，但彈性模量和抗張強(qiáng)度也越低，對(duì)鍵合弧度和強(qiáng)度有一定影響。

在純金絲中通過(guò)適當(dāng)?shù)脑負(fù)诫s，可以在利用金良好化學(xué)性能的基礎(chǔ)上降低鍵合絲的成本。金合金絲的可靠性接近金絲，同時(shí)擁有更高的力學(xué)強(qiáng)度和延展性。不過(guò)摻雜元素的引入導(dǎo)致鍵合絲電阻率提高，因而熔斷電流大幅下降。

銀在所有元素中具有最高的電導(dǎo)率和導(dǎo)熱性，是用于鍵合絲生產(chǎn)的理想材料。由于銀的化學(xué)穩(wěn)定性不如金，并且銀離子容易發(fā)生離子遷移，因此常采用合金化、表面鍍覆、有機(jī)包覆等方法解決使用中的不足。

在鍵合絲市場(chǎng)不斷細(xì)化、封裝技術(shù)對(duì)鍵合絲要求越來(lái)越高的情況下，不同的貴金屬鍵合絲產(chǎn)品將長(zhǎng)期并存以應(yīng)對(duì)各異的應(yīng)用場(chǎng)景。先藝電子可提供多種貴金屬鍵合絲、帶以滿足不同應(yīng)用的需求，最小直徑可達(dá)φ15μm。采取柔性化接單生產(chǎn)，一周即可交付。