廣東愛晟電子科技有限公司生產(chǎn)的NTC熱敏芯片，具有高精度（精度可達(dá)±0.5%、±1%?！?%、±3%）、快速反應(yīng)、小體積（最小尺寸可達(dá)0.3*0.3mm）等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于紅外熱電堆、IGBT模塊、半導(dǎo)體模塊、集成模塊等。在模塊封裝環(huán)節(jié)里，引線鍵合是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它是通過超聲焊、熱壓焊等方式形成引線與NTC熱敏芯片之間的連接。

一般情況下，金會(huì)作為主要的引線材料用于集成電路的鍵合。但目前，銅絲鍵合已經(jīng)替代金絲鍵合占據(jù)了主要市場(chǎng)（2017年，銅絲鍵合的市場(chǎng)份額已達(dá)到22%），銀絲鍵合的市場(chǎng)份額也在增加（2017年，銀絲鍵合的市場(chǎng)份額達(dá)到11%），并且這一變化仍在持續(xù)。

一、銅絲鍵合

從2008年開始，銅絲鍵合就逐漸發(fā)展起來，呈現(xiàn)出取代金絲鍵合的趨勢(shì)。越來越多的半導(dǎo)體工廠，都已成功地在多數(shù)集成電路中采用銅絲來替代金絲，用于熱敏芯片的鍵合。銅絲鍵合的工藝要求比金絲鍵合要嚴(yán)格得多，其包括未鍵合銅絲存儲(chǔ)、鍵合時(shí)保護(hù)氣氛控制、銅球形成形狀、金屬間化合物（IMC，Intermetallic Compound）生成等。雖然銅絲成本大概是金絲的20%，但是其工藝的附加成本更高一些。例如，銅絲不易形成金屬間化合物，鋁焊盤厚度至少為0.8μm，鍵合時(shí)的壓力比金絲大30%，容易導(dǎo)致焊盤脫落、形成彈坑或者介質(zhì)破裂等。為了解決上述問題，提高銅絲鍵合的可靠性，大部分工廠會(huì)采取增加通孔改善焊盤結(jié)構(gòu)、采用更高的超聲頻率等方法。

在高溫存儲(chǔ)試驗(yàn)中，銅-鋁鍵合金屬間化合物的生長(zhǎng)速度要比金-鋁鍵合慢，這就表明銅-鋁鍵合變化緩慢，其鍵合強(qiáng)度不易發(fā)生變化。而在高溫下，金-鋁鍵合的金屬間化合物的生長(zhǎng)速度快，總是伴隨柯肯達(dá)爾空洞的產(chǎn)生，導(dǎo)致鍵合強(qiáng)度降低。單從這個(gè)角度看，銅絲鍵合可靠性要高一些。但在高濕度存儲(chǔ)試驗(yàn)中，銅鋁鍵合的金屬間化合物容易受到塑封料中鹵素（如氯Cl，溴Br）的化學(xué)腐蝕或者電化學(xué)腐蝕，使銅-鋁金屬間化合物轉(zhuǎn)變?yōu)殂~、鋁的氧化物。

二、銀絲鍵合

基于銀層的鋁線鍵合早在1970年已被發(fā)明，其主要采用楔形焊進(jìn)行NTC熱敏芯片的鍵合，即第二焊點(diǎn)的主要鍵合方式。但銀絲鍵合在鋁金屬化上則是近10多年來的事，其市場(chǎng)份額從無到有，再到2017年時(shí)占據(jù)11%左右份額，僅次于金絲、銅絲鍵合。在2012年前后，銀絲鍵合不僅被應(yīng)用于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM，Dynamic Random Access Memory）封裝、薄型小尺寸封裝（TSOP，Thin Small Outline Package），還開始被應(yīng)用于數(shù)字邏輯電路（DLC，Digital Logic Circuit）。一方面，銀絲成本比金絲低；另一方面，銀絲的工藝窗口要寬于銅絲，并且可以進(jìn)行反向鍵合（Reverse bonding），這使得銀絲鍵合被廣泛應(yīng)用于薄鍵合焊盤、易裂鍵合焊盤以及焊盤與焊盤連接。

然而，在短波范圍內(nèi)，銀絲有著較高的反射率，機(jī)械性能相對(duì)較差，且更為重要的可靠性問題是銀-鋁接觸位置的腐蝕。銀絲材料的主要成分有幾種類型，包括純銀、含鈀（Pd）或金（Au）的合金（銀含量小于90%），主流的銀絲鍵合銀的含量為88%Ag，剩余為Pd和Au；采用合金是因?yàn)殂y和鋁的擴(kuò)散速度差異大，Pd可以減緩金屬間化合物的生長(zhǎng)速度。目前，為了進(jìn)一步降低成本，95%Ag合金的銀絲也開始使用，這使銀絲的成本比銅絲要低一些（最大約5%）。

銀絲鍵合的評(píng)價(jià)方式有兩種——高溫儲(chǔ)存試驗(yàn)（High Temperature Storage，HTS，通常溫度超過150℃）和濕度貯存試驗(yàn)（Humidity Storage）。除了常用的85℃/85%RH外，也有采用各種強(qiáng)加速應(yīng)力測(cè)試試驗(yàn)（highly accelerated stress test）、高壓蒸煮試驗(yàn)（Pressure Cooker Test，PCT）等評(píng)價(jià)方法。

高溫儲(chǔ)存試驗(yàn)采用150℃/1000h或者200℃/250h的高溫老化條件，通過對(duì)不同銀絲（銀純度為88%~99%）進(jìn)行試驗(yàn)，在150℃~200℃溫度范圍并不足以使銀-鋁鍵合產(chǎn)生明顯退化，其電學(xué)特性良好且金屬間化合物相位沒有明顯改變，也沒有產(chǎn)生明顯的柯肯德爾空洞，這些表現(xiàn)要比金絲鍵合好。

三、不同鍵合引線材料的比對(duì)

在金絲、銀絲、銅絲三種材料中，金最軟，因此鍵合力最小，這樣不容易損傷焊盤；銅絲最硬，因此，銅絲鍵合工藝需要進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，保證既能夠形成金屬間化合物，又不損傷焊盤；銀絲的硬度則介于兩者之間。

實(shí)際上，在整個(gè)鍵合系統(tǒng)中，阻抗最大的是金屬間化合物，而非引線本身。銅絲鍵合的金屬間化合物（Cu₉Al₄, Cu₃Al₂），其電阻率為13~15（10~8Ω·m），銀絲的金屬間化合物（Ag₃Al, Ag₂Al）電阻率為10（10~8Ω·m），綜合下來看，銀絲鍵合阻抗只比銅絲鍵合高10%~20%。

廣東愛晟電子科技有限公司研發(fā)生產(chǎn)的高精度NTC熱敏芯片，適用于鍵合，可根據(jù)客戶要求定做特殊規(guī)格。

參考數(shù)據(jù)：

微信公眾號(hào) 賽寶可靠性《銅絲、銀絲鍵合的發(fā)展及其可靠性》