键合金丝是指纯度为99.99%,线径为18~50μm的高纯金合金丝。通常采用球焊-楔焊方式键合,并常用于塑料树脂封装。
键合金丝主要有以下几项特性:
(1)机械强度:要求金丝能承受树脂封装时应力的机械强度,具有规定的拉断力和延伸力;
(2)成球特性好;
(3)接合性:金丝表面无划疵、脏污、尘埃及其他粘附物,使金丝与半导体芯片之间、金丝与引线框架之间有足够的接合强度;
(4)作业性:随着金丝长度的加长,要防止卡丝,还要求金丝直径精度要高,表面无卷曲现象;
(5)焊接时焊点没有波纹。
键合丝是半导体封装专用材料,是半导体封装的五大重要结构材料之一(五大重要结构材料包括:键合丝、引线框架、有机基板、陶瓷封装和塑封料)。键合丝的直径只有十几微米到几十微米,根据材料的不同,键合丝可分为键合金丝、键合铜丝、键合铝丝、合金金丝等。
由于黄金具有化学性能稳定、抗氧化,不与酸和碱发生反应等特性,因此黄金制成的键合金丝具有延展性好、导电性能佳、金丝球焊速度快及可靠性高等特点,是键合丝各品种中使用最早、用量最大的一类。
键合金丝的制备工艺主要包括熔铸、拉丝、退火和绕线四个工序,国内外对于此类金丝的制备工艺基本一致。
通过熔铸工艺将原料金进一步提纯控制有害杂质成分含量,同时添加微量的合金元素来改善键合金丝的力学性能和应用性能,通常来说Pd和Pt的掺杂可以有效减少界面Au合金的生成,Be可以增强线弧的稳定性,Ca可以增加丝材的强度,稀土类金属则可以增加金线的热影响区、细化颗粒并提高热稳定性。【1】
拉丝工艺是将熔铸后的金锭通过粗拉、中拉、细拉等多道拉丝工艺拉拔成目标直径的细丝。拉丝工艺需要控制键合丝直径的一致性,否则金丝在引线键合时易出现断丝、键合失败等质量风险。将金丝拉拔成需要直径的细丝后,需要进行退火以降低拉丝过程造成的金丝硬度的增加,得到具有一定延展率和抗拉强度的金丝,一般而言,热处理温度越高,键合金丝的延伸率越高,而强度越低。最终,将金丝缠绕在卷轴上形成可在键合设备上应用的成品金丝。【2】
设备简介:本设备包括中频感应加热装置,高真空水冷铸造室,高真空装置(包括油旋转系,油扩散泵):精密牵引装置,收线装置等。高真空水冷铸造室内部为感应线圈,并包含进口高纯度石墨坩埚及铸造模具和结晶器。
参考文献
[1]陈永泰,魏宽,谢明,等.贵金属键合丝材料的研究进展[J].贵金属,2014,35(3):66-70.
[2]刘媛萍,孙澜澜,高鸿,等.宇航用键合金丝评价体系及其应用研究[J].宇航材料工艺,2023,53(02):136-141