三大引线材料、工艺助力陶瓷封装键合工艺

三大引线材料、工艺助力陶瓷封装键合工艺

在电子封装领域，陶瓷封装因其优异的热导率、电绝缘性和化学稳定性而被广泛应用。引线键合互连技术作为陶瓷封装的关键工艺之一，通过使用金线、铝丝或铜丝等金属丝将芯片上的焊盘与基板上的键合指连接起来，实现芯片功能的输出。本文将详细介绍三种主要的键合金属材料及其对应的键合工艺。

三大键合金属引线——金、铝、铜

金、银、铜、铝键合金属线 图源自贺利氏

金属引线的选择需要综合考虑芯片类型、封装种类、焊盘大小、金属引线直径、焊接方法，以及金属引线的抗拉强度和伸长率等可靠性指标。典型的引线材质有金、铝和铜。

• 金丝：具有良好的导电性，化学性质稳定，耐腐蚀能力强。在一次键合中可以很好地形成球状，并能在二次键合中恰到好处地形成半圆形引线环（Loop，从一次键合到二次键合金丝形成的形状）。

• 铝丝：比金丝直径大，纯铝丝则很容易断裂。铝丝主要用于高温封装（如Hermetic）或超声波法等无法使用金丝的地方。

• 铜丝：虽然价格较低，但硬度较高，不容易形成球状，焊盘底部的薄膜会出现裂纹。尽管如此，由于芯片的金属布线都是由铜制成的，所以如今越来越倾向于使用铜丝。

热压、超声焊接、热超声波三大键合工艺

引线键合技术示意图 图源自网络

超声键合

超声键合以接合楔头引导金属线使其压紧于金属焊盘上，再由楔头输入频率20至60KHZ，振幅20至200μm，平行于接垫平面之超音波脉冲，使楔头发生水平弹性振动，同时施加向下的压力。使得劈刀在这两种力作用下带动引线在焊区金属表面迅速摩擦，引线受能量作用发生塑性变形，在25ms内与键合区紧密接触而完成焊接。

热压键合

金属线过预热至约300至400℃的氧化铝Al2O3制成的瓷嘴，再以电火花或氢焰将金属线烧断并利用熔融金属的表面张力效应使线之末端成球状，键合头再将金属球下压至已预热至约150至250℃的第一金属焊盘上进行球形结合。在结合时，球点将因受压力而略为变形，此一压力变形之目的在于增加结合面积、减低结合面粗糙度对结合的影响、穿破表面氧化层及其可能阻碍结合之因素，以形成紧密之结合。

热超声波键合

热超声波键合为热压结合与超音波结合的混合方法。热超音波结合也先在金属线末端成球，再使用超声波脉冲进行导线材与金属接点间之结合。热超音波结合的过程中结合工具不被加热而仅仅是结合之基板维持在100至150℃的温度，此一方法除了能抑制结合界面介金属化合物之成长之外，并可降低基板的高分子材料因温度过高而产生劣化变形的机会，因此热超音波结合通常应用于结合困难度较高的封装连线。