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1、键合引线项目建议书 (高新技术产业化重大专项推进项目) 项目编号:20121018 单位名称：合肥工科力研属材料科技有限公司 电 话： 0551-65841675 （合肥）13311567555（北京) 网 址： 郭工 地 址： 合肥工大新区（科创中心A区） 公 司 简 介合肥工科力研金属材料科技有限公司是一家主要从事金属新材料研发、销售的科技型公司；公司主要技术产品为用于半导体封装引线的铜、银、银系列合金、铜镀钯等金属材料及半导体封装键合线。公司为客户提供机电一体化、自动化、智能化的解决方案，提供设计、研发、生产、销售全方位的创新服务。包括电子材料装备、新材料、IC及LED封装等，在内地的
2、有多家合作的研发机构。公司的主要技术产品有：半导体封装键合引线成套生产技术；各种材料、各种规格的键合引线；铜、银、银合金、铜镀钯等高端键合线材料，电子元器件以及相关技术的研发、转让。 地址：合肥工大新区新创中心 电话：0551-65841675 13966745580 网址： 半导体封装键合引线生产分析报告一、概论半导体产业分为集成电路和分立器件两大分支，近几年市场对LED高亮和超高亮发光的强劲需求，LED成为半导体产业增长最重要的因素之一。封装是指把硅芯片上的电路管脚用导线连接到外部引脚处并用树脂将其密封以便于与其他器件连接，半导体封装包括集成电路封装和分立器件封装，LED封装是在分立器件封
3、装基础上发展和演变而来，它与分立器件封装最大的不同是不仅有电参数的设计和要求也有光参数的设计和要求，LED封装已成为半导体封装的一个重要分支。半导体封装的四大材料是芯片、框架、键合引线和塑封树脂，LED封装还包括反光材料。传统的键合引线材料以金线为主，但随着半导体产业的技术进步，金键合线在性能上已不能满足需要，特别是黄金价格的飙升，半导体封装厂商更亟待寻求性能更优越、价格更低廉的替代产品。科技部、财政部、国家税务总局在国科发火（2008）172号文件中将集成电路引线框架材料生产列入国家重点支持的高新技术领域。合肥工科力研金属材料科技有限公司公司早在2007年开始就注意到了半导体封装键合引线发展
4、的趋势，和相关科研机构、半导体厂商联合设计、研发新型键合引线生产设备和材料工艺，经数年潜心研究，目前已取得满意的效果并已走出实验室，实现工业化生产。生产技术具有完全自主的知识产权，技术先进，自动化程度高，产量高，产品质量稳定，可生产银、铜、铜钯、金银钯系列合金等材料键合线；材料工艺完全达到了进口同类产品的水平，部分指标国际领先。公司建有研发、生产实验基地，生产键合线设备、键合线材料和系列键合线产品，经权威机构检测和用户实际使用，证明达到了行业领先水平。为此，我们编制了此报告，以供投资者参考。二、半导体封装电，存在于自然界中，中国人最早从雷闪中引出电的概念，1752年美国科学家富兰克林进行了危险
5、的风筝引闪电实验是人类第一次真正认识了电，此实验导致了避雷针的发明。意大利科学家伏特发明的蓄电池使得电学研究有了巨大的进步。俄罗斯科学家西林格发明的电报和美国科学家贝尔发明的电话使人类的通信进入了全新的时代。1883年，爱迪生发现从电灯泡的热丝上飞溅出来的电子把灯泡的一部分熏黑了，这种现象被称为爱迪生效应。1904年，弗莱明从爱迪生效应得到启发，发明了二极管，用它来进行检波。1907年，美国的福雷斯特在二极管的阳极和阴极之间又加了一个叫做栅极的电极，发明了三极管。这种三极管既可以用于放大信号电压，也可以配以适当的反馈电路产生稳定的高频信号，可说是一个划时代的电路元件，三极管经过进一步的改进，能
6、够产生短波，超短波等高频信号。在此基础上科学家们又发明了四极管、五极管等，这些电子器件统称为电子管，早期的收音机、电视机、电子计算机所使用的都是电子管。金属都具有良好的导电性能，称之为导体，陶瓷等材料则与之相反，称为绝缘体，介乎两者之间的称为半导体，最常用的半导体材料是硅和锗。科学家在研究中发现将半导体材料掺入适当的杂质，其导电性能会发生变化，在一定条件下具有单向导电或单向阻断电流的特征，实现电子管的功能。半导体材料都是非常规则的晶体，所以用半导体材料制造的二极管、三极管等电子器件称为晶体管。与电子管相比晶体管寿命长、体积小、能耗低、开机不需预热、造价低廉，现在除极少数需要很大功率的电子设备外
7、，电子管已完全被晶体管所替代。1、集成电路1958年美国提出了用半导体制造全部电路元器件，实现集成电路化的方案。1961年，德克萨斯仪器公司开始批量生产集成电路。集成电路并不是用一个一个电路元器件连接成的电路，而是把具有某种功能的若干个电路“埋”在半导体晶体里的一个器件。它易于小型化和减少引线端，所以具有可靠性高的优点。集成电路的集成度在逐年增加。元件数在100个以下的小规模集成电路，1001000个的中规模集成电路，1000100000个大规模集成电路，以及100000个以上的超大规模集成电路，都已依次开发出来，并在各种装置中获得了广泛应用。集成电路（integrated circuit）是
8、一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的二极管、三极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。集成电路有很多种封装形式（如SLP,SOIC,TSOP,QFP,BGA,LGA等等），集成电路封装所用的材料包括芯片、框架、键合引线、塑封树脂。图1、集成电路封装示意图芯片集成电路的心脏是芯片，是在面积很小的硅板上通过特殊工艺集成了多种电子元器件实现某种特定功能的电
9、路模块。框架框架的主要功能是为芯片提供机械支撑载体，并作为导电介质连接IC外部电路，传送电信号，以及与引线、塑封材料一起，向外散发芯片工作时产生的热量，常用的框架材料有铁镍、铜铁、铜铬等。键合引线引线键合是封装工艺中半导体芯片和外界实现电气连接的关键性工艺，通过超声或热超声压焊工艺将芯片与框架引脚互联的连接线称为键合引线，常用的键合引线有金、银、铜、合金等。键合引线生产是本建议书的主旨。塑封树脂键合完成后的集成电路需要用树脂类聚合材料将其密封，隔绝框架内部与外界空气、灰尘的接触。2、分立器件半导体产业有两大分支，集成电路和分立器件，“分立”是相对于“集成”来区分的，分立器件被广泛应用到消费电子
10、、计算机及外设、网络通信，汽车电子、LED显示等领域，细分产品为电容、电阻、电感器件、电声器件、磁材料及器件、电接插元等。包括： 半导体二极管：锗二极管、硅二极管、化合物二极管等； 半导体三极管：锗三极管、硅三极管、化合物三极管等； 特种器件及传感器； 敏感器件：压力敏感器件、磁敏器件、气敏器件、湿敏器件、离子敏感器件、声敏感器件、射线敏感器件、生物敏感器件、静电感器件等。分立器件的封装和集成电路封装类似，所用材料包括芯片、框架、引线、塑封树脂四大类。常用的键合引线材料有金、银、铜、铝、合金等。3、LEDLED是英文Light Emitting Diode的缩写，意即发光二极管，是一种将电能转
11、变为可见光的固体半导体器件，为半导体分立器件的一种。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。LED受到广泛重视和迅速发展，广泛用于照明、汽车、交通、室内外显示，液晶
12、显示等行业，其优点概括为亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。图2、LED发光管图3、LED封装示意图LED封装键合引线的作用是晶片和引脚之间的电气连接，常用的材料有金、银、铜、合金等。三、键合线运用的现状无论是集成电路封装还是分立器件封装，用于芯片和框架引脚互联的键合引线都是至关重要的材料，半导体技术向小体积，高性能，高密集，多芯片方向推进，对集成电路封装引线材料的要求越来越细，要求引线具有良好的导电性、导热性，符合以上要求有金、银、铜、铝四种金属。金
13、银铜铝电阻率、导热率比较银铜金铝电阻率（2/m）0.015860.016780.0240.0265520导热率 (w/(mk)429401317240300K通过以上比较我们得出如下结论：导电能力依次为银、铜、铝、金.导热能力依次为银、铜、金、铝。半导体封装的发展源于上世纪50年代的美国，在以上四种金属中由于金具有较好的导电性和导热性，良好的化学稳定性、延展性，易于加工到键合所需要的直径，传统的键合引线为金线。但是随着半导体工业的发展，半导体封装业正快速地向小体积，高性能，高密集，多芯片方向推进，从而对封装引线材料的要求越来越细，而超细的键合金线在键合工艺中已不能胜任窄间距、长距离键合技术指标
14、的要求。在超细间距球形键合工艺中，由于封装引脚数的增多，引脚间距的减小，由于金的再结晶温度较低等因素的影响，超细的键合金线在键合过程中常常造成键合引线的摆动、键合断裂和塌丝现象，对器件包封密度的强度也越来越差，成弧能力的稳定性也随之下降，从而加大了键合难度。另外，近几年来，黄金价格一路飕升，给使用键合金线的厂商增加了沉重的成本压力，加大了生产及流动成本，制约了整个行业的技术提升及规模发展。传统的键合金丝已经达到了其能力极限，难以满足小线径、高强度、低弧度、长弧形、并保持良好导电导热性的要求。随着半导体产业的发展，键合金丝无论从质量上、数量上和成本上都难以满足市场的发展需求。所以国家把提高新型电
15、子器件创新技术和工艺研发纳入国家专项实施重点规划项目，鼓励开发高科技、节能降耗、绿色环保型半导体封装新材料。最初被用来替代金键合线的是硅铝丝（AI-1%Si），硅铝丝作为一种低成本的键合引线受到人们的广泛重视，国内外很多科研单位都在通过改变生产工艺来生产各种替代金丝的硅铝丝，但仍存在较多的问题。1、普通硅铝丝在球焊时加热易氧化，生产一层硬的氧化膜，此膜阻碍球的形成，而球形的稳定性是硅铝丝键合强度的主要特性，实验证明，金线球焊在空气中焊点圆度高，硅铝丝球焊由于表面氧化的影响，空气中焊点圆度低。2、硅铝丝的拉伸强度和耐热性不好，容易发生引线下垂和塌丝。3、在可用于生产封装键合线的金、银、铜、铝四种金属中，铝的导电、导热性较差，用铝作键合线的半导体产品在性能上难以满足设计要求。由于存在以上问题，铝主要应用于功率器件、微波器件和光学器件封装上，难以用于IC和LED封装。鉴于以上现
