铝线,银线,铜线,金线

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1、金线: 使用最广泛 ,传导效率最好但是价格也最贵,近年来已有被铜线所取代铝线: 多半用在功率型组件的封装, 线径较粗有 5mil 20mil ，在分立器件上因为功率的原因也会长期占据市场；比如济南晶恒， 规模也比较大，用铝线效益也很好；铜线: 由于金价飞涨 , 近年大多数封装厂积极开发铜线制程降低成本，铜线在制程中需要较多的能量才能BONDING 所以 WAFER在制程中必须增加 DIE PAD的厚度以避免PEELING ，价格低 ,但是需加保护气体 ,钢性强因为铜的延展性问题， 在细尺径的铜丝方面还有一定的技术难点。再说某一程度是铜也不能100% 取代金线 .物理性上如果克服了铜的氧化及硬度

2、的问题 ,金是比不上铜的 . 而铜线线径在达到18um 左右时存在 严重 缺陷 , 另外 键 合效率 低 也是不 利因 素之 一,纯 铜就 是99.99%的铜, 铜镀钯就是在 99.99%的铜的外面镀一层钯 . 前者生产过程中是用混合气作为保护气体的,后者是用纯氮气做为保护气体的 . 银线: 特殊组件所使用目前为止，还没有纯银线， 不过最近出来一种银的合金线，性能较铜线也好，价格比金线要低，也得用保护气体，对于中高端封装来说，不失为一个好选择。1. 银对可见光的反射率高达90%,居金属之冠 ,所以在 LED 应用有增光效果 . 2. 银对热的反射或排除也居金属之冠,因此可降低芯片温度延长LED

3、寿命. 3. 银线的耐电流大于金和铜.(105%) 4. 银线比金线好管理 ,比较不会遗失 (无形损耗降低 ), 5.银线比铜线好储放 (铜线须密封 ,且储存期短 ,银线不需密封 , 储存期可达 612 个月) 银合金线成份主要是以：银、金、钯再加一些微量金属元素组成。它具有银的优良性质：导电性最佳; （导电性：银金铜）同时具有金的优良性质：伸展和延展性都比较好; （伸展和延展性：金铜银） ,同时具有钯的优良性质：抗氧化性（抗氧化性：钯金银铜）导电性优列次序 :银 铜 金 铝导热性优略次序 :银 铜 金 铝金线: 银线：易打不粘，滑球，断线铜线：硬度大，易氧化，烧球易出现高尔夫球和球形状不圆，

4、通常要在焊线机台上加装95% 氮加 5% 氢气的气枪金线：三种线当中最好的一种， 有良好的延展和断裂特性， 线弧较好，和 CHIP的金焊垫和铝焊垫都有良好的结合性。目前球焊最大的缺点 , 在于使用的材料需要能够被加热, 产生焊球 . 而铝线非常不容易生成焊球, 因此长久以来都是使用” 比较贵 ” 的金线, ” 比较贵 ” 目前已经成长到” 无法负担的贵 ” 了. ( 金价最高曾到1032 USD/oz, 今天也有912 USD/oz), 因此很多厂商都退而其次, 选用 Wedge Bonding来用铝线打线 , 或者死撑着用金线 , 但是最理想的还是换个较便宜的材料, 众多学术研究 (没有出处

5、 , 因为是从大陆网站看到的 )指出, 铜的工艺性能好 , 价格便宜 , 非常符合需求好, 那好处在哪里 ? 原因有五个 , 以下将一一说明第一.价格第二. 电学性能 , 导电性来说 , 铜在 20 度时为 5.88 ohm-1, 而金为 4.55, 铝为 3.65, 铜的导电性较高 , 表是相同直径下的线可以运送更多电流 . 电阻则是相反 , 铜具有最低电阻 . 铜的介电常数也比较低, 对于电流的迟滞效应较不显著, 例于电荷输送 . 第 三 . 热 学 性 能 , 也 就 是 热 传 导系 数 比 较 下 , 铜 最 高 (39.4 kW/m2k), 由于复力叶定律 , 热通量等于热传导系数

6、成上温度梯度, 在温度梯度相同下, 因为铜的热传导系数较高, 单位时间单位面积输送的热较大 , 在电子产品越做越小 , 越细微的情况下 , 散热是不可避免的一环 , 铜在这块就表现得很突出. (其实现在的散热组件都很多都是是用铜作的 ), 另外, 铜的热膨胀系数 (CTE) 也算低 , 为 16.5, 而金为 14.2, 铝为 23.1, 受热之后 , 铝的膨胀将最明显 . 第四. 机械性能 , 机械性能在材料中是很重要需要考虑的参数. 举例而言, TS(Tensile Strength, 抗张强度 )来说, 铜在每单位平方公厘可以抗张 210370N的强度, 而金最多为 220, 铝最多只到

7、 200, 在打 线时 , 因为打 线 机(Wire Bonder)会 对线 材做出 拉 动 , 或looping的动作, 如果抗张强度不够 , 线材很可能会损坏 . 另外, 铜的硬度 (Vickers hardness)最高, 对于线材越细之表现良好, 坏处当然也有 , 留在后面再提 . 另外, 在 Wire Bonding有一重要参数 , 称为 Break Load(BL), 代表断裂前的最大荷重, 铜的断裂荷重在shear Test 中, 一开始比金高出许多 , 但是时间一久 , 金反而比铜高了, 研究人员分析之后发现, 金的内部其实出现很多Kirkendall Void, 这种孔洞非常

8、容易造成导电度下降, 因此在 Shear Test还是铜较为良好 . 另外一种 BL 的测试为 Pull Test, 测试结果发现 , 铜与金的差别不大 , 但是在相同半径情况下 , 铜的 BL 还是较金为高 . 第五. 金属间化合物之生成, 以往金材最为人诟病的是金属间化合物的生成 , 由于 Bond Pad 材质通常为铝 , 打金线后 , 若是生成金属间化合物 , 将会减弱金铝的键结. 实验结果证明 , 金于打线后一天 , 就生 成 Au4Cl和 Au2Cl, 厚达8um, 打 线 后 4天更 是生 成Kirkendall Void. 而相同实验条件下 , 铜线于一天候没有生成任何化合物

9、, 16 天后才生成非常薄的Cu/Al 层, 128 天之后, 仅生成约1um的金属间化合物 , 且完全没有 Kirkendall Void 生成. 原因在于, 铜(1.9) 的电负度和铝 (1.6) 的差别比较小 , 而金(2.5) 和铝的差别比较大 , 电负度差大反应力越大 , 且就原子半径来看 , 铜和铝的差别较大 , 较不易结合 . 在比较不易生成金属间化合物的情况下, 铜线的可信赖度比金线高的多.但是缺点有两点非常致命, 从 1991年开始有人研发铜线的使用, 数 十 年 来 一 直 在 对 这 两 点 特 性 思 考 解 决 方 法 . l&D第一. 铜线在室温下非常容易氧化, 生

10、成 CuO 或 Cu2O3, 除了考虑电负度的影响u- Gb/Q+ MD#qU 之外, 氧化还原电位 (ORP) 的比较下 , 铜的氧化力比金大的多 , 而金则是还原力大 , 容易得电子 , 不容易和氧作用提高氧化数. 一旦容易氧化, 产生的氧化层对于 Bond 的可信赖度就大大下降 . 也因此铜线的(Shelf Life)存放时间也很短 . 第二. 铜的硬度 , 刚刚提到铜的机械性质非常良好, 由其是硬度为三种材料最高的, 但是硬度越大, 须要将铜型变(Deform)产生Bond 的作用力相对需要提高 , 这对于 Pad 的损害也很大 . 而且作用力越大 , 对于 2nd bond的可靠性也

11、下降 , 因此铜线的 2nd bond通常良率不是很好.f!i Q“6Elz这两种缺点使铜无法像金铝一样垄断这市场, 但是几十年来 , 有许多解决方法因应而生 . 最主要的有二第一. 使用钝性气体 (Inert Gas), 例如 Ar, 或者氮气 , 利用钝性气体降低铜可能和氧气接触的可能性, 但是成本较高 , 须加装Purge或钢瓶等设备第二. 合金制作 , 将铜镀上其它金属 , 如 Ag, Ti, Pd 金属等, 降低铜与氧接触的机会, 并改变其机械特性. 之前还有一日本研究人员提出用一特殊溶液在铜表面形成亚铜(Cuprous), 这样在存放时就不需太考虑氧化问题 , 而打线时加以超音波 , 即可移除亚铜 , 不过可能是因为成本原因无法大量使用. 7d4F- 4p G N3jk$N 对于铜线在打线这产业, 各家公司还是非常看好的, 除了是高死人不偿命的金价 , 还有铜的五大优点 , 这样看来五项优点对两项缺点, 应该还是瑕不掩瑜, 我个人是认为 , 安装整套钝性气体设备真的是不符成本 . 所以只能在看待大厂能不能研发出成本更低的Alloy 或者electroplating, 来降低铜这高氧化性与高硬度. 0SM/G,e,1v_ 以上文章应该没有所谓机密问题, 因为我写的实在太模糊了. 来看看的人就看个概念就好