LED-铜线和金线的优缺点
7页1、这里有一份铜线和金线的详细试验结果与分析1 引言丝球焊是引线键合中最具代表性的焊接技术,它是在一定的温度下,作用键合工具劈刀的压力,并加载超声振动,将引线一端键合在IC芯片的金属法层上,另一端键合到引线框架上或PCB便的焊盘上,实现芯片内部电路与外围电路的电连接,由于丝球焊操作方便、灵活、而且焊点牢固,压点面积大(为金属丝直径的2.53倍),又无方向性,故可实现高速自动化焊接1。丝球焊广泛采用金引线,金丝具有电导率大、耐腐蚀、韧性好等优点,广泛应用于集成电路,铝丝由于存在形球非常困难等问题,只能采用楔键合,主要应用在功率器件、微波器件和光电器件,随着高密度封装的发展,金丝球焊的缺点将日益突出,同时微电子行业为降低成本、提高可靠性,必将寻求工艺性能好、价格低廉的金属材料来代替价格昂贵的金,众多研究结果表明铜是金的最佳替代品26。铜丝球焊具有很多优势:(1)价格优势:引线键合中使用的各种规格的铜丝,其成本只有金丝的1/31/10。(2)电学性能和热学性能:铜的电导率为0.62(/cm)1,比金的电导率0.42(/cm)1大,同时铜的热导率也高于金,因此在直径相同的条件下铜丝可以承载更大电流
2、,使得铜引线不仅用于功率器件中,也应用于更小直径引线以适应高密度集成电路封装;(3)机械性能:铜引线相对金引线的高刚度使得其更适合细小引线键合;(4)焊点金属间化合物:对于金引线键合到铝金属化焊盘,对界面组织的显微结构及界面氧化过程研究较多,其中最让人们关心的是紫斑(AuAl2)和白斑(Au2Al)问题,并且因Au和Al两种元素的扩散速率不同,导致界面处形成柯肯德尔孔洞以及裂纹。降低了焊点力学性能和电学性能7,8,对于铜引线键合到铝金属化焊盘,研究的相对较少,HyoungJoon Kim等人9认为在同等条件下,Cu/Al界面的金属间化合物生长速度比Au/Al界面的慢10倍,因此,铜丝球焊焊点的可靠性要高于金丝球焊焊点。1992年8月,美国国家半导体公司开始将铜丝球焊技术正式运用在实际生产中去,但目前铜丝球焊所占引线键合的比例依然很少,主要是因此铜丝球焊技术面临着一些难点:(1)铜容易被氧化,键合工艺不稳定,(2)铜的硬度、屈服强度等物理参数高于金和铝。键合时需要施加更大的超声能量和键合压力,因此容易对硅芯片造成损伤甚至是破坏。本文采用热压超声键合的方法,分别实现Au引线和Cu引线键合到
3、Al-1Si-0.5Cu金属化焊盘,对比考察两种焊点在200老化过程中的界面组织演变情况,焊点力学性能变化规律,焊点剪切失效模式和拉伸失效模式,分析了焊点不同失效模式产生的原因及其和力学性能的相关关系。2 试验材料及方法键合设备采用KS公司生产的Nu-Tek丝球焊机,超声频率为120m赫兹,铜丝球焊时,增加了一套Copper Kit防氧化保护装置,为烧球过程和键合过程提供可靠的还原性气体保护(95N25H2),芯片焊盘为Al1Si0.5Cu金属化层,厚度为3m。引线性能如表1所示。采用DOE实验对键合参数(主要为超声功率、键合时间、键合压力和预热温度四个参数)进行了优化,同时把能量施加方式做了改进,采用两阶段能量施加方法进行键合,首先在接触阶段(第一阶段),以较大的键合压力和较低的超声功率共同作用于金属球(FAB),使其发生较大的塑性变形,形成焊点的初步形貌;随之用较低的键合压力和较高超声功率来完成最后的连接过程(第二阶段),焊点界面结合强度主要取决于第二阶段,本文所采用的键合参数,如表2所示。为加速焊点界面组织演变,在200下采用恒温老化炉进行老化实验,老化时间分别为n2天(n1、2
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