先艺产品｜用于芯片封装的键合金丝及金带
2024-07-09 18:02:28
企业新闻
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引线键合（Wire Bonding）技术由于工艺成熟简单，灵活性高，易实现自动化等在封装界被广泛应用。它适用于各种材料和尺寸的芯片，能够适应不同的应用场景如消费电子、汽车电子和航空航天等领域。
引线键合是将细小的金属线（通常是金、铜、铝）连接到半导体芯片的I/O焊盘和外部引脚之间，以实现芯片与其他设备封装元件之间的电信号传输。这个过程通常在室温下进行，依靠超声波压力和热能以促进金属丝的金属元素在键合层间形成金属扩散以形成牢固焊接，键合过程如图所示。
图1 引线键合工艺过程
引线键合技术最早出现于上世纪50年代，最早的主流引线键合技术为手工键合，效率低下且键合质量不稳定。60年代时在电子封装领域开始逐步被广泛的应用，自动键合技术在此时开始初有规模。发展到80年代时，自动键合技术已逐渐成熟。金丝由于其优越的延展性、可塑性、以及优越的抗氧化、耐腐蚀性成为引线键合工艺中的首选材料。
图2 引线键合
金丝键合在半导体封装和微电子制造领域中具有许多优点：
1. 导电性和导热性：金具有优异的导电性和导热性，能够有效地传输电流和散发热量，从而提高器件的整体性能；
2. 抗氧化性和耐腐蚀性：金是一种惰性金属，不易氧化和腐蚀，这使得金丝键合的器件具有更长的使用寿命和更高的可靠性；
3. 键合强度高：金丝形成的键合强度高，能够承受较大的机械应力和温度变化；
4. 加工性能好：金丝具有良好的柔韧性和延展性，易于加工和成型，适合各种复杂的键合工艺；
5. 适应性强：金与银、铜界面金属层形成可靠接头，能够适应不同的应用场景和封装需求；
6. 键合过程稳定：金丝键合过程稳定，键合质量一致性高，适合大规模生产和自动化制造；
7. 生物相容性：金具有良好的生物相容性，适用于医疗电子设备和其他需要与人体接触的应用场景。
随着芯片向着小型化的发展，键合密度开始变得更加密集，这对键合线无论是机械性能或是稳定性能上都有更大的要求。金丝键合为目前满足高温、高集成以及高可靠性封装的最优引线键合方案。
图3 引线键合中用的金丝
先艺电子的键合金丝、金带Au含量高达99.99%，通过严格的杂质管控及精密加工工艺制得尺寸精准、表面洁净无缺陷的高质量产品。我们面向不同领域的需求提供最细可达φ15μm的键合金丝，可匹配球形键合、楔形键合、植球等应用，同时也可根据客户要求对金丝的力学性能予以调整。下表展示了先艺电子常规金丝规格及性能参数。
线径
mil
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.2
1.25
1.5
1.8
2.0
μm
15±1
18±1
20±1
23±1
25±1
30±1
31.8±1
38±1
45±1
50±1
室温断裂负荷BL（CN）
>2.0
2.0-6.0
>4.0
4.0-7.0
>5.0
5.0-8.0
>7.0
7.0-10.0
>9.0
9.0-12.0
>13.0
13.0-16.0
>15.0
15.0-20.0
>21.0
21.0-28.0
>28.0
28.0-37.0
>32.0
32.0-42.0
室温延伸率EL（%）
1.5-4.0
2.0-5.0
2.0-7.0
2.0-7.0
2.0-8.0
3.0-8.0
3.0-8.0
3.0-10.0
3.5-11.5
4.0-12.0
熔断电流/A
(丝长10mm)
0.28
0.31
0.38
0.45
0.49
0.62
0.71
0.83
1.01
-
对于金丝丝径的选用，应遵循以下选用原则：
1. 根据键合方式不同，球形键合的丝径不要超过焊盘尺寸的1/4 ,楔形键合则不超过焊盘尺寸的1/3；键合接头一般为丝径的2.5-3.5倍，且不超过焊盘尺寸的3/4；
2. 根据载流需求，设计方案中的最大载流应低于所选择金丝丝径对应熔断电流的50%-70%，以确保金丝键合器件的长期稳定工作。
3. 根据键合金丝长度，一般要求键合金丝长度不应大于丝径的100倍，否则会出现金丝塌陷不良；
4. 根据线间距，防止工作中的电磁串扰，一般要求金丝间距应大于3-5倍丝径，焊盘焊球间距应大于1.5倍丝径。
射频器件通常工作在较高的频率范围内，对高频性能的要非常的高。金丝键合会引入不必要的寄生电感对器件的高频性能产生影响，导致高频器件恶化。而金带的导入能够对这种不良有很大的改善。相对于金丝，金带在高频器件中的应用有以下优点：
1. 低寄生电感：金带的扁平形状可以增大平面宽度，提供更低的寄生电感和电阻，从而在高频下表现出更好的性能；
2. 良好的机械稳定性：金带的宽度和厚度可以提供更大的接触面积和更强的键合力，从而提高器件的耐用性和可靠性；
3. 高散热性：扁平金带相较于金丝而言有更多的扇热面积；
4. 工艺适应性：适用各种不同的键合工艺，如热压焊、超声波键合和电阻点焊等，能够满足不同的高频器件的封装需求；
图4 金带键合
下表为先艺电子常规金带规格：
先艺电子常用金带规格
宽度（μm）
50μm, 75μm, 100μm, 150μm, 200μm等
厚度（μm）
12.7μm, 25μm等
*金带宽度及厚度可根据客户需求进行定制
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