铜丝键合工艺在微电子封装中的应用

键合铜线的调研报告调研报告：键合铜线一、背景介绍键合铜线是一种新兴的电子封装材料，用于半导体器件中的电子连接。

通过将导线与芯片或电路板之间进行键合，实现信号和电力的传输。

二、发展历程键合铜线的发展历程可以追溯到20世纪60年代末。

当时，由于硅片芯片的引入，需要一种可靠的电子连接方式来连接芯片和外部电路。

最早使用的是金线键合技术，但由于缺乏适应小尺寸、高密度制造需求的能力，逐渐出现了对键合材料的需求，以满足新一代电子器件的封装和封装需求。

在20世纪70年代，键合铜线开始被用作半导体封装的替代材料。

与传统的金线键合相比，键合铜线具有更高的导电性能、更好的可靠性和更低的成本。

然而，在当时的技术条件下，针对键合铜线进行精确的制造和控制仍然是一个挑战。

三、技术进展及应用随着技术的不断发展，现代键合铜线已经取得了长足的进步。

在制造和控制技术方面的改进使得键合铜线适应了更小、更高密度的封装需求。

通过改善材料和键合工艺，键合铜线的可靠性也得到了显著提高。

目前，键合铜线已经广泛应用于各种封装领域，在电子消费品、汽车电子、通信设备等高技术领域具有重要的地位。

例如，用于智能手机中的封装工艺需要键合铜线以满足高性能和高可靠性的需求。

四、优势和挑战键合铜线相比传统的金线键合具有多项优势。

首先，键合铜线具有更高的导电性能，可以支持更高的信号传输速度。

其次，键合铜线的成本较低，可以使整体的封装过程更加经济高效。

此外，键合铜线还具有良好的可靠性和稳定性。

然而，键合铜线的发展还面临一些挑战。

首先，键合铜线需要满足高能效和高性能的要求，因此对材料的纯度和制造工艺的要求更高。

其次，键合铜线需要高精度的制造和控制技术，以确保键合点的准确性和一致性。

此外，键合铜线还面临着在高温环境下的稳定性和电迁移等问题。

五、发展趋势随着电子封装需求的不断增加，键合铜线的应用前景广阔。

未来的发展趋势主要包括以下几个方面：1. 高速通信领域：随着5G通信技术的发展，对封装的要求越来越高。

铜丝在引线键合技术的发展及其合金的应用一、简介目前超过90%的集成电路的封装是采用引线键合技术,引线键合,又称线焊。

即用金属细丝将裸芯片电极焊区与电子封装外壳的输入，输出引线或基板上的金属布线焊区连接起来。

连接过程一般通过加热、加压、超声等能量，借助键合工具“劈刀”实现。

按外加能量形式的不同，引线键合可分为热压键合、超声键合和热超声键合。

按劈刀的不同，可分为楔形键合和球形键合。

引线键合工艺中所用导电丝主要有金丝、铜丝和铝丝，由于金丝价格昂贵、成本高，并且Au/Al金属学系统易产生有害的金属间化合物，使键合处产生空腔，电阻急剧增大，导电性破坏甚至产生裂缝，严重影响接头性能。

因此人们一直尝试使用其它金属替代金，由于铜丝价格便宜、成本低、具有较高的导电导热性，并且Cu/Al金属间化合物生长速于Au/Al，不易形成有害的金属间化合物。

近年来，铜丝引线键合日益引起人们的兴趣。

二、铜丝键合的工艺当今，全球的IC制造商普遍采用3种金属互连工艺，即：铜丝与晶片铝金属化层的键合工艺，金丝与晶片铜金属化层的键合工艺以及铜丝与晶片铜金属化层的键合工艺。

近年来第一种工艺用得最为广泛，后两者则是今后的发展方向。

1. 铜丝与晶片铝金属化层的键合工艺近年来，人们对铜丝焊、劈刀材料及新型的合金焊丝进行了一些新的工艺研究，克服了铜易氧化及难以焊接的缺陷。

采用铜丝键合不但使封装成本下降，更主要的是作为互连材料，铜的物理特性优于金。

特别是采用以下’3种新工艺，更能确保铜丝键合的稳定性。

（1）充惰性气体的EFO工艺：常规用于金丝球焊工艺中的EFO是在形成焊球过程中的一种电火花放电。

但对于铜丝球焊来说，在成球的瞬间，放电温度极高，由于剧烈膨胀，气氛瞬时呈真空状态，但这种气氛很快和周围的大气相混合，常造成焊球变形或氧化。

氧化的焊球比那些无氧化层的焊球明显坚硬，而且不易焊接。

新型EFO工艺是在成球过程中增加惰性气体保护功能，即在一个专利悬空管内充入氮气，确保在成球的一瞬间与周围的空气完全隔离，以防止焊球氧化，焊球质量极好，焊接工艺比较完善。

铜线键合工艺
铜线键合工艺是半导体封装中的一个重要过程，主要用于连接芯片和外部世界。

它主要包括以下步骤：
1. 预处理：清洗并烘干芯片和引线框架，以确保良好的电导性和热导性。

2. 定位：将芯片精确地放置在引线框架上，通常使用自动化设备进行。

3. 键合：使用高温、高压和超声波技术，将铜线的一端连接到芯片的电极，另一端连接到引线框架。

这个过程需要非常精确的控制，以避免线断裂或其他问题。

4. 检测：完成键合后，会进行电性测试，以确保连接良好。

5. 清理：最后，将多余的铜线和残渣清理干净，完成整个键合工艺。

铜线键合工艺对于半导体封装至关重要，它直接影响到芯片的性能和可靠性。

铜丝引线键合技术的发展摘要铜丝引线键合有望取代金丝引线键合，在集成电路封装中获得大规模应用。

论文从键合工艺﹑接头强度评估﹑键合机理以及最新的研究手段等方面简述了近年来铜丝引线键合技术的发展情况，讨论了现有研究的成果和不足，指出了未来铜丝引线键合技术的研究发展方向，对铜丝在集成电路封装中的大规模应用以及半导体集成电路工业在国内高水平和快速发展具有重要的意义。

关键词集成电路封装铜丝引线键合工艺1.铜丝引线键合的研究意义目前超过90%的集成电路的封装是采用引线键合技术。

引线键合（wire bonding）又称线焊，即用金属细丝将裸芯片电极焊区与电子封装外壳的输入/输出引线或基板上的金属布线焊区连接起来。

连接过程一般通过加热﹑加压﹑超声等能量借助键合工具（劈刀）实现。

按外加能量形式的不同，引线键合可分为热压键合﹑超声键合和热超声键合。

按劈刀的不同，可分为楔形键合（wedge bonding）和球形键合(ball bonding)。

目前金丝球形热超声键合是最普遍采用的引线键合技术，其键合过程如图1所示。

由于金丝价格昂贵﹑成本高，并且Au/Al金属学系统易产生有害的金属间化合物，使键合处产生空腔，电阻急剧增大，导电性破坏甚至产生裂缝，严重影响接头性能。

因此人们一直尝试使用其它金属替代金。

由于铜丝价格便宜，成本低，具有较高的导电导热性，并且金属间化合物生长速率低于Au/Al，不易形成有害的金属间化合物。

近年来，铜丝引线键合日益引起人们的兴趣。

但是，铜丝引线键合技术在近些年才开始用于集成电路的封装，与金丝近半个世纪的应用实践相比还很不成熟，缺乏基础研究﹑工艺理论和实践经验。

近年来许多学者对这些问题进行了多项研究工作。

论文将对铜丝引线键合的研究内容和成果作简要的介绍，并从工艺设计和接头性能评估两方面探讨铜丝引线键合的研究内容和发展方向。

图1 金丝球形热超声键和过程2.铜丝引线键合的研究现状2.1工艺研究2.1.1防止铜丝氧化与金丝不同的是，铜丝在空气中极易氧化在表面形成一层氧化膜，而氧化膜对铜球的成形与质量有害，并且还有可能导致接头强度低，甚至虚焊（Non-Stick），因此必须采取措施防止铜丝氧化。

铜键合丝摘要：简要介绍了目前市场中使用的各种键合丝，通过与键合金丝的对比，重点描述了键合铜丝在各方面的优势，以及制备铜丝的基本过程和影响因素、铜丝的织构等，并简要介绍了国内外关于键合铜丝的部分专利，最后对目前键合铜丝所面临的一些困难作了总结，并指出了今后研究的方向。

1 键合丝键合丝主要应用与晶体管、集成电路等半导体器件和微电子封装的电极部位或芯片与外部引线的连接。

虽然现在有不用键合丝的键合方法，但目前90%的IC的产品仍以键合丝来封装。

键合丝焊接点的电阻，在芯片和晶片中所占用的空间，焊接所需要的间隙，单位体积的导电率，键合丝的延展率，化学性能，抗腐蚀性能和冶金特性等特性必须满足一定的要求才能得到良好的键合特性。

具体来说，用于键合的键合金属丝应该具有如下特性：尺寸精度要高且均匀、不弯曲；表面光洁，没有沾污，没有伤痕；具有规定的拉断力和延伸率；焊接时焊点没有波纹；球焊时熔球的正圆度要高[1]。

元素周期表中过渡族金属元素中，金银铜铝等四种金属元素具有较高的导电性能，同时兼有上述性能，可以做为集成电路微电子封装用的键合丝。

表1列出了这四种金属材料的基本性质，包括电导、热导、弹性模量等。

表1 金银铜铝基本性质比较。

超大规模集成电路引线键合，使用最多的导电丝材料是金丝。

键合金丝是指纯度为99.99%，线径为18~50mμ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。

键合金丝直径一般在20~50mμ之间，由于大部分使用在高速自动键合机上，最高速焊机每秒可完成7~10根键合线，因此要求金丝具有均匀稳定的机械性能和良好的键合性能。

为适应自动化规模生产，同时要求每轴丝的长度在300，500或1000m，国外的微细丝已达到2000m，甚至3000m。

国内主要的生产研制单位有4家：山东贺利氏招远贵金属材料有限公司，常熟特种电子材料厂，昆明贵金属研究所，北京有色金属与稀土应用研究所等，年供应金丝量约1800kg。

键合技术的应用
1. 微电子领域：在集成电路制造中，键合技术用于将芯片与封装进行连接，实现电路的组装和封装。

2. 光电子领域：在光电子器件制造中，键合技术可用于连接激光器、探测器、光纤等光学元件，提高光电子器件的性能。

3. 传感器领域：键合技术可用于制造各种传感器，如压力传感器、温度传感器、气体传感器等。

4. 生物医学领域：在生物医学工程中，键合技术用于制造生物芯片、生物传感器、药物输送系统等。

5. 新能源领域：在太阳能电池、燃料电池等新能源器件的制造中，键合技术可用于连接各层材料，提高能量转换效率。

6. 材料科学领域：键合技术可用于制备复合材料、纳米材料、功能材料等，提高材料的性能和功能。

7. 封装领域：在电子封装中，键合技术用于连接芯片和基板，实现电气和机械连接。

总之，键合技术在微电子、光电子、传感器、生物医学、新能源、材料科学和封装等领域都有重要的应用。

随着科技的不断发展，键合技术也在不断创新和改进，为各个领域的发展提供了有力的支持。

键合金丝用途介绍1. 引言键合金丝是一种用于电子封装技术中的关键材料，广泛应用于半导体芯片的制造过程中。

本文将详细介绍键合金丝的定义、分类、特性以及在电子封装中的主要用途。

2. 键合金丝的定义和分类键合金丝，又称焊线或焊丝，是一种用于芯片封装过程中连接芯片与封装基板之间的关键材料。

根据不同的材质和制造工艺，键合金丝可以分为以下几类：2.1 铜线铜线是最常见和广泛使用的键合金丝之一。

它具有良好的导电性能和可焊性，适用于大多数晶圆制造工艺。

铜线通常分为纯铜线和镀铜线两种类型。

2.2 金线金线是一种高档次的键合金丝材料，具有优异的导电性能和可靠性能。

由于其昂贵的成本，金线主要应用于高端芯片制造领域，如高频射频芯片、光通信芯片等。

2.3 铝线铝线是一种低成本的键合金丝，适用于一些对导电性能要求不高的应用场景。

然而，铝线的可靠性相对较差，容易受到氧化和应力影响。

2.4 其他材料除了铜、金、铝之外，还有一些特殊材料的键合金丝被广泛使用，如合金线、镍线等。

这些特殊材料的键合金丝通常具有特定的物理和化学性质，以满足某些特殊应用领域的需求。

3. 键合金丝的特性键合金丝作为芯片封装中的重要材料，具有以下主要特性：3.1 导电性能键合金丝需要具备良好的导电性能，以确保信号传输的可靠性和稳定性。

不同材质的键合金丝在导电性能上有所差异。

3.2 可焊接性键合金丝需要具备良好的可焊接性，以确保与芯片引脚或封装基板之间形成可靠连接。

不同材质和直径的键合金丝在可焊接性上也有所差异。

3.3 可靠性键合金丝需要具备良好的可靠性，能够承受温度、湿度、机械应力等环境因素的影响，保持连接稳定并不易断裂。

3.4 尺寸和直径键合金丝的尺寸和直径对于芯片封装工艺至关重要。

不同封装工艺和应用场景需要选择适当直径和长度的键合金丝。

4. 键合金丝在电子封装中的主要用途键合金丝在电子封装中有多种重要用途，下面将详细介绍其中几个主要应用：4.1 芯片与引脚连接键合金丝被广泛应用于芯片与引脚之间的连接，通过焊接或压力焊等方式实现芯片与封装基板之间的电气连接。

铜线键合的优势与局限发布时间：2009-07-12铜线的优势随着金价的持续上涨（目前每盎司已超过800美元），金线的价格也不断高升。

虽然采用金线和铜线的制造成本基本是一样的，但是金线的材料成本却要高得多。

根据市场的行情，1mil 铜线能够节省成本高达75%，2mil 的铜线高达90%。

在功率封装中，要求使用大直径导线来达到电力负荷，这样铜线就可以为半导体封装公司节约相当可观的成本费用。

即使对于具有多达1000根（每根长达6 米）的某些精确节距封装，采用铜线也可以明显降低成本。

例如，一个精确节距QFP 或BGA 封装可能需要5 米多长的导线，而采用铜线来代替金线就可以降低大量的成本。

除了较低的成本外，铜线优良的机械和电学特性使它可以用在具有更高引线数和更小焊盘尺寸的各种高端精确节距器件中。

由于铜比金和铝的强度高50%，刚度高30%，所以它能提高优良球颈的抗拉强度，并在低长环的塑膜或封装期间能更好的控制环。

更高的抗拉强度使在精确节距应用中的一些操用于精确节距工艺的作变得更加容易。

在导线直径相同的情况下，铜的导电性要高出23%，这样在获得同等的导电性时，可采用更细的铜线。

所以，更细的铜导线可以取代更粗直径的金线功率器件，铜线的这部分提高的导电性具有明显优势。

在精确节距封装中，采用铜就可以使用更细的导线而不会影响电学性能。

在铜线键合中金属间的生长也比在金线键合中的生长慢得多，这样，在IC 寿命周期内，可以增加键合稳定性和器件性能。

铜- 铝金属间也会形成化合物，但比形成金- 铝金属间化合物所需的温度高。

随着目前器件工作温度变得更高，更慢的金属间化合物生长速率、更高的强度和更优良的电和热传导性这些优势结合起来，就为超精确节距、高可靠性线键合提供了一种效果优异，成本低廉的方法。

克服铜的局限性虽然铜有着许多优势，但它本身也有两个值得注意的局限点：硬度大和易被腐蚀。

由于铜本身的硬度比金大（纯度99.99% 的退火过的铜要比纯度99.99% 的掺杂金的硬度大很多），所以铜更容易损坏微芯片的表面。

半导体器件键合用铜线标准随着电子科技的不断发展，半导体器件在各个领域的应用得到了广泛推广。

在半导体器件生产过程中，键合是一个重要环节，而键合用的材料也成为制约器件性能和可靠性的关键。

在过去的几十年里，金线一直是半导体器件键合的主要材料。

然而，随着技术的进步和对成本效益的不断追求，铜线逐渐取代金线成为键合的首选材料。

铜的导电性能优越，具有较低的电阻率和出色的导电性能，这对于提高半导体器件的性能和传输信号速度至关重要。

与金线相比，铜线的成本低廉，因此能够降低生产成本和器件价格，从而更好地满足市场需求。

然而，铜线在键合过程中也存在一些挑战。

与金线相比，铜线更容易氧化，而氧化会导致接触电阻的增加，影响器件的性能和稳定性。

为了克服这一问题，需要在铜线表面进行处理，通常是采用镀锡或镀银等方法来保护铜线，提高其抗氧化性能。

此外，由于铜线比金线更硬，键合过程中的压力和功率控制需要更加准确，以确保键合的质量和可靠性。

为了确保半导体器件键合用铜线的质量和一致性，制定一套相关的标准至关重要。

这些标准应该包含以下几个方面：1. 材料要求：包括铜线的成分、纯度、尺寸、形状等方面的要求。

材料的选择将直接影响键合的效果和性能。

2. 表面处理：应明确铜线表面处理的方法和要求，以保证铜线在键合过程中的稳定性和可靠性。

3. 键合过程控制：包括压力、功率、时间等参数的控制要求，以及键合过程中的监测和检测方法。

这些控制要求和方法应能够确保键合的质量和一致性。

4. 质量检验：应明确键合产品的质量检验要求，包括键合强度、电阻、导电性能、表面状态等方面的测试方法和要求。

5. 相关技术要求：除了上述要求之外，还应结合实际应用需求，指定其他相关技术要求，例如键合的可靠性、耐环境性、热稳定性等方面的要求。

通过制定和遵守相关的标准，可以提高半导体器件键合用铜线的生产效率和质量稳定性，进而推动半导体器件的发展。

此外，制定标准还有助于促进产业链上下游企业之间的合作和交流，形成共识，推动整个行业的发展。

一种铜线键合的方法铜线键合是一种将多个电子器件或芯片连接在一起的方法，它使用铜线作为介质，通过键合技术将芯片的引脚与制作在电路板上的金属线连接起来。

这种方法被广泛应用于微电子学领域，特别是在集成电路制造中。

下面将详细介绍一种常见的铜线键合方法。

首先，铜线键合的第一步是准备工作。

在进行键合之前，需要准备好芯片和电路板。

芯片是要进行键合的器件，通常是集成电路芯片或其他微电子器件。

电路板是一个平台，上面有预先设计好的金属线路，用于与芯片进行连接。

此外，还需要准备键合机器，用于实施键合过程。

接下来，进行芯片的定位和对准。

将芯片放置在键合机器的工作台上，并使用显微镜等辅助设备观察芯片上的引脚。

通过微调阶段，确保芯片的引脚与电路板上的金属线进行正确的对准。

然后，进行键合。

键合过程中会用到铜线，通常是以线缆的形式存在。

将铜线连接到键合机器上的针尖，调整机器的参数，使线缆的位置和长度符合要求。

然后，通过机器的控制，将线缆逐一连接到芯片的引脚和电路板上的金属线上。

这个过程要非常精确，以确保连接的质量和可靠性。

在键合的过程中，还需要确保键合时的温度和压力。

温度和压力要根据具体的芯片和键合材料来设置，以确保连接的质量和稳定性。

通常键合过程需要在高温条件下进行，以便将铜线与引脚和金属线实现良好的连接。

键合时施加的压力可以通过调整机器参数来控制，并且要适当地施加在键合点上，以确保键合的牢固性。

最后，进行键合后的检查和测试。

在完成键合过程后，通常需要对键合点进行检查和测试，以确保连接的质量和可靠性。

可以使用显微镜等设备观察键合点的外观，以检查是否存在缺陷或不良现象。

此外，还可以对键合点进行电气测试，以评估连接的良好性和信号传输性能。

总结起来，铜线键合是一种将芯片与电路板连接起来的方法，它使用铜线作为介质，并通过键合技术将芯片的引脚与电路板上的金属线连接起来。

这种方法需要进行芯片的定位和对准、键合过程、键合时的温度和压力控制，以及键合后的检查和测试。

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suss 在键合设备中的地位一、suss的定义和作用suss是一种常见的键合设备，它用于将微电子器件与封装基板连接在一起。

其主要作用是实现电路的连接和信号传输，确保器件与封装基板之间的可靠连接。

suss通常由顶部夹具、底部夹具、键合头、控制系统等部分组成。

它通过控制键合头的压力和温度，将金线或铜线等导线材料键合到器件和基板上。

二、suss在键合过程中的地位1. 关键设备：suss在键合过程中起到关键的作用，它决定了键合的质量和效率。

只有通过合理控制suss的参数，才能够实现可靠的键合连接。

2. 高精度控制：suss具备高精度的控制系统，可以精确控制键合头的压力和温度。

这对于键合过程中的微小金线或铜线的定位和连接非常重要，可以确保键合的准确性和稳定性。

3. 多功能性：suss具备多种键合模式，可以适应不同类型的器件和基板。

例如，suss可以实现金线键合、铜线键合、焊球键合等多种键合方式，以满足不同器件的键合需求。

4. 自动化程度高：suss具备自动化控制和操作功能，可以实现键合过程的自动化。

这不仅提高了生产效率，还减少了人为操作的误差，提高了键合质量的稳定性。

5. 可靠性和稳定性：suss具备高度可靠性和稳定性，可以长时间稳定运行，保证键合质量的一致性。

这对于大规模生产来说非常重要，可以提高生产效率和降低成本。

三、suss在键合技术中的发展趋势1. 微细化：随着微电子技术的发展，器件的尺寸越来越小，对键合技术提出了更高的要求。

suss在微细化方面的研发和应用得到了广泛关注，可以实现更小尺寸的金线或铜线键合，以满足微电子器件的需求。

2. 更高的可靠性：suss在键合过程中的可靠性是关键，对于一些对可靠性要求极高的领域，如航空航天、医疗器械等，要求键合质量更加稳定可靠。

因此，suss的研发方向之一是提高键合的可靠性，减少键合失效的可能性。

3. 高效率和自动化：随着生产需求的增加，对键合设备的生产效率要求也越来越高。

我国电子封装行业主要有哪些类企业？现在我国电子封装电子产品元件企业主要以国有企业、合资企业、独立资产企业为主要，民营企业积极参与，发展势态不可言语。

但是这几种企业有什么区别之处呢，或者说从市场经济发展来看有什么长短呢？首先国有企业的生产电子封装产品的设备无论种类还是其他硬性条件相对齐全，因为毕竟是国家的企业。

其技术开发面宽，技术水平，工艺水平比较先进，紧跟国际水平。

电子产品市场发展比较快。

而合资企业和独立资本企业相对民营企业虽然硬性条件，技术水平不如国有企业，但是其销售产量相对很高。

其实国内的电子产品市场的发展这三种企业起着必不可少的重要性，如果没有这几种企业的支撑，那么整个电子产品行业市场将会很快跨掉。

/new_detail.php?id=37铜丝键合工艺在微电子封装中的应用赵钰1引言当今半导体行业的一些显著变化直接影响到IC互连技术，其中有3大因素推动着互连技术的发展。

第一是成本，也是主要因素，目前金丝键合长度超过5mm，引线数达到400以上，封装成本超过0.20美元。

而采用铜丝键合新工艺不但能降低器件制造成本，而且其互连强度比金丝还要好。

它推动了低成本、细间距、高引出端数器件封装的发展。

第二是晶片线条的尺寸在不断缩小，器件的密度增大、功能增强。

这就需要焊区焊点极小的细间距、高引出端数的封装来满足上述要求。

第三是器件的工作速度，出现了晶片铝金属化向铜金属化的转变。

因为晶片的铜金属化可以使电路密度更高、线条更细。

对于高速器件的新型封装设计来说，在封装市场上选择短铜丝键合并且间距小于50μm的铜焊区将成为倒装焊接工艺强有力的竞争对手。

表1列出铜作为键合材料用于IC封装中的发展趋势。

表1材料组合细引线晶片上的焊区金属化应用时间铜（Cu）Al 1989年金(Au) Cu＋溅射铝(Al)的焊区2000年Au Cu＋镀镍/金(Ni/Au)焊区2000年Au Cu＋OP2(抗氧化工艺) 2001年Cu Cu 2002年～将来2铜丝键合工艺的发展早在10年前，铜丝球焊工艺就作为一种降低成本的方法应用于晶片上的铝焊区金属化。