伟德betvlctor最新版本生产的NTC热敏芯片,具有高精度(精度可达±0.5%、±1%。±2%、±3%)、快速反应、小体积(最小尺寸可达0.3*0.3mm)等特点,被广泛应用于红外热电堆、IGBT模块、半导体模块、集成模块等。在模块封装环节里,引线键合是一个重要环节,它是通过超声焊、热压焊等方式形成引线与NTC热敏芯片之间的连接。
一般情况下,金会作为主要的引线材料用于集成电路的键合。但目前,铜丝键合已经替代金丝键合占据了主要市场(2017年,铜丝键合的市场份额已达到22%),银丝键合的市场份额也在增加(2017年,银丝键合的市场份额达到11%),并且这一变化仍在持续。
一、铜丝键合
从2008年开始,铜丝键合就逐渐发展起来,呈现出取代金丝键合的趋势。越来越多的半导体工厂,都已成功地在多数集成电路中采用铜丝来替代金丝,用于热敏芯片的键合。铜丝键合的工艺要求比金丝键合要严格得多,其包括未键合铜丝存储、键合时保护气氛控制、铜球形成形状、金属间化合物(IMC,Intermetallic Compound)生成等。虽然铜丝成本大概是金丝的20%,但是其工艺的附加成本更高一些。例如,铜丝不易形成金属间化合物,铝焊盘厚度至少为0.8μm,键合时的压力比金丝大30%,容易导致焊盘脱落、形成弹坑或者介质破裂等。为了解决上述问题,提高铜丝键合的可靠性,大部分工厂会采取增加通孔改善焊盘结构、采用更高的超声频率等方法。
在高温存储试验中,铜-铝键合金属间化合物的生长速度要比金-铝键合慢,这就表明铜-铝键合变化缓慢,其键合强度不易发生变化。而在高温下,金-铝键合的金属间化合物的生长速度快,总是伴随柯肯达尔空洞的产生,导致键合强度降低。单从这个角度看,铜丝键合可靠性要高一些。但在高湿度存储试验中,铜铝键合的金属间化合物容易受到塑封料中卤素(如氯Cl,溴Br)的化学腐蚀或者电化学腐蚀,使铜-铝金属间化合物转变为铜、铝的氧化物。
二、银丝键合
基于银层的铝线键合早在1970年已被发明,其主要采用楔形焊进行NTC热敏芯片的键合,即第二焊点的主要键合方式。但银丝键合在铝金属化上则是近10多年来的事,其市场份额从无到有,再到2017年时占据11%左右份额,仅次于金丝、铜丝键合。在2012年前后,银丝键合不仅被应用于动态随机存取存储器(DRAM,Dynamic Random Access Memory)封装、薄型小尺寸封装(TSOP,Thin Small Outline Package),还开始被应用于数字逻辑电路(DLC,Digital Logic Circuit)。一方面,银丝成本比金丝低;另一方面,银丝的工艺窗口要宽于铜丝,并且可以进行反向键合(Reverse bonding),这使得银丝键合被广泛应用于薄键合焊盘、易裂键合焊盘以及焊盘与焊盘连接。
然而,在短波范围内,银丝有着较高的反射率,机械性能相对较差,且更为重要的可靠性问题是银-铝接触位置的腐蚀。银丝材料的主要成分有几种类型,包括纯银、含钯(Pd)或金(Au)的合金(银含量小于90%),主流的银丝键合银的含量为88%Ag,剩余为Pd和Au;采用合金是因为银和铝的扩散速度差异大,Pd可以减缓金属间化合物的生长速度。目前,为了进一步降低成本,95%Ag合金的银丝也开始使用,这使银丝的成本比铜丝要低一些(最大约5%)。
银丝键合的评价方式有两种——高温储存试验(High Temperature Storage,HTS,通常温度超过150℃)和湿度贮存试验(Humidity Storage)。除了常用的85℃/85%RH外,也有采用各种强加速应力测试试验(highly accelerated stress test)、高压蒸煮试验(Pressure Cooker Test,PCT)等评价方法。
高温储存试验采用150℃/1000h或者200℃/250h的高温老化条件,通过对不同银丝(银纯度为88%~99%)进行试验,在150℃~200℃温度范围并不足以使银-铝键合产生明显退化,其电学特性良好且金属间化合物相位没有明显改变,也没有产生明显的柯肯德尔空洞,这些表现要比金丝键合好。
三、不同键合引线材料的比对
在金丝、银丝、铜丝三种材料中,金最软,因此键合力最小,这样不容易损伤焊盘;铜丝最硬,因此,铜丝键合工艺需要进行参数优化,保证既能够形成金属间化合物,又不损伤焊盘;银丝的硬度则介于两者之间。
实际上,在整个键合系统中,阻抗最大的是金属间化合物,而非引线本身。铜丝键合的金属间化合物(Cu9Al4, Cu3Al2),其电阻率为13~15(10~8Ω·m),银丝的金属间化合物(Ag3Al, Ag2Al)电阻率为10(10~8Ω·m),综合下来看,银丝键合阻抗只比铜丝键合高10%~20%。
伟德betvlctor最新版本研发生产的高精度NTC热敏芯片,适用于键合,可根据客户要求定做特殊规格。
参考数据:
微信公众号 赛宝可靠性《铜丝、银丝键合的发展及其可靠性》
上一篇 : NTC热敏电阻器的主要技术参数
下一篇 : IGBT失效原因及NTC热敏芯片的作用