随着封装形式和材料的快速发展，半导体产业封装工艺也发展迅速。在封装工艺中，一个重要的环节是引线键合，即通过超声焊、热压焊等方式形成引线与芯片间的连接。之前，一般使用金作为集成电路主要的键合引线材料。但目前，铜丝键合已经替代金丝键合占据了主要市场，银丝键合市场也在增加，并且这一变化仍在持续。接下来，佩特科技小编就为大家详细的讲解介绍一下。

一、铜丝键合

从2008年开始，铜丝键合就开始有取代金丝键合的趋势。到2017年，铜丝键合占据的市场份额已经接近70%，这是一个巨大的成功。主流的国际大厂，例如Texas Instruments（TI）等，在绝大多数集成电路产品上已成功采用了铜线产品来替代金线产品。

铜丝键合的工艺要求比金丝键合要严格得多，包括未键合铜丝存储、键合时保护气氛控制、铜球形成形状、IMC（金属间化合物）生成等。尽管铜丝成本大概为金丝的20%，但工艺的附加成本要高一些。例如铜丝不易形成IMC，铝焊盘厚度至少是0.8um，键合时压力比金丝大30%，容易导致焊盘脱落、形成弹坑或者介质破裂等。为了应对这些挑战，许多PCBA加工厂商采取了一些措施来提高铜丝键合的可靠性，例如通过增加通孔改善焊盘结构、采用更高的超声频率等。

高温存储试验中，铜-铝键合的IMC生长速度要比金-铝键合慢，因此，铜铝键合的化合物变化缓慢，键合强度不易发生变化。而高温下金-铝键合的IMC生长速度快，总是伴随柯肯德尔空洞的产生，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IMC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，将铜-铝IMC转变为铜、铝的氧化物。

二、银丝键合

早在1970年，基于银层的铝线键合就已经发明出来了，主要采用楔形焊，这也是我们所熟知的第二焊点的主要键合方式。但是，银丝键合在铝金属化上，则是近10年的事，市场占用率从无到有，再到现在占据了11%左右份额，仅次于金丝、铜丝键合。2012年左右，银丝键合从DRAM、TSOP封装应用后也开始用于数字逻辑电路。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），比如Standoff Stitch Bond（SSB）、Bond Stitch On Ball（BSOB）或者Stitch Over-Bump processes（SOB）等键合方式。这些优势使得银丝键合在薄键合焊盘、易裂键合焊盘以及焊盘与焊盘连接上广泛应用。但也有一些不可忽视的问题，例如，在短波范围内银丝有着较高的反射率，机械性能相对较差，但更为重要的可靠性问题是银铝接触位置的腐蚀。

1、银丝材料的主要成分

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IMC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，这样的话，银丝成本就比铜丝键合要低一些（最大约5%）。目前，量产的键合银丝中，其直径大概为17.8um和20.3um，铝焊盘厚度可做到0.5um，与金丝相当。

2、评价银丝键合的两种方式

评价银丝键合有两种方式，一是高温存储试验（High Temperature Storage，HTS），通常温度超过150；另一种是湿度贮存试验（Humidity Storage），除了常用的85°C/85%RH外，也有PCBA加工厂商采用各种HAST试验的评价方法、高压蒸煮试验（Pressure Cooker Test，PCT）。

高温贮存试验采用150/1000h、或者200/250h的高温老化条件，结果表明，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Ag-Al键合产生明显退化，电学特性良好并且金属间化合物相位（主要是Ag3Al和Ag2Al）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。

银-铝系统易于受电化学腐蚀，或者叫接触（电耦）腐蚀，即两种不同的金属相互接触而同时处于电解质中所产生的电化学腐蚀，它们自发构成原电池，铝作为阳极。在一项高湿试验中，85°C/100%RH环境下加电测试，18μm直径AgPd3Au1和AgPd4.5Au0.5银丝IMC受到Cl的腐蚀导致开路失效。最近的一份失效分析案例表明，电动牙刷内部控制集成电路的银丝产生了明显电化学腐蚀导致漏电的现象。

三、不同键合引线材料的比对

了解清楚铜丝、银丝键合之后，我们对不同材料的性能进行比较。

不同材料引线的一些性质不同，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IMC，又不损伤焊盘。银丝的硬度则介于两者之间，不过，如果封装厂家有铜丝量产方面的经验时，银丝的键合控制也可以做得比较好。现在大家会有些疑虑，认为银丝的阻抗最大，约是铜丝的2倍。从键合拉力值和键合球剪切力看，铜丝、银丝的表现均好于金丝。

实际上，在整个键合系统中，阻抗最大的是IMC，而不是引线本身，由于铜丝键合的IMC（Cu9Al4,Cu3Al2）其电阻率为13～15（10-8Ω·m），银丝的IMC（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%。

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