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董事长技术专栏-“炳乾谈封装”(六)

时间:2018-12-01 14:47来源:未知 作者:李炳乾 点击:

前言

        李炳乾教授是博狗手机版下载半导体创始人之一,从事888扑克和博狗扑克封装技术研究有十八年之久,见证了行业的发展。作为广东省光电技术协会特邀嘉宾做技术专栏“炳乾谈封装”利用他独特经历带来的独特视角,和大家一起分享他对于888扑克和博狗扑克封装的历史、888扑克和博狗扑克封装的关键技术、产业热点技术、未来发展趋势。

键合金属线


         键合金属线是连接引脚和芯片、形成电流通路的888扑克和博狗扑克封装用核心材料,很多888扑克和博狗扑克器件的灾难性失效都是键合金属线断裂造成的。888扑克和博狗扑克常用的键合金属线有金线、银线、铜线、铝线四种,这里的金银铝铜指的是主材,每种金属线中为了改善线材的导电率和机械特性,还添加有少量的不同种类其他金属,一般情况下,添加的其他金属不超过1%。键合金线的直径很细,在产业界经常用一个英制单位“密耳”(mil,1mil=25.4微米)来描述它们的直径,这种标注是不符合国际单位制的要求,所以产品的规格书上是用微米为单位给出的,但是人们还是习惯于用密耳这个称呼,甚至于经常省掉单位,直接说0.8、0.9、1.0、1.2等等。



 
四种常用材料的金属线在888扑克和博狗扑克封装行业都有使用,它们的电气和机械性能主要由基材决定。

表一是四种材料的主要特性


一、键合铝线

一般的键合铝线中往往掺有1%的硅,有时也被称为“硅铝线”,掺有少量硅的键合金线总体机械、电气性能和纯铝差别不大。从表一中可以看出,铝在导电、导热和其他性能方面都不如其他金属,而且不能烧球,焊接的强度也要差一些,在键合金属线中综合性能最差。铝的性能差,但也不是一无是处,铝最大的好处就是“便宜”。靠着便宜这一特性,键合铝线牢牢占据了小电流应用市场(如数码管等),这时候电流很小,键合的接触部分和线材本身发热很小,热应力不会对器件的性能造成影响。
 


 

键合铝线的另外一个应用,很多做888扑克和博狗扑克封装的人不了解,做大功率半导体分立器件封装的工程师很熟悉,在这个领域,铝的廉价特性发挥的淋漓尽致,动辄十几、几十密耳的直径,通过几十安培的电流,这么粗的线径,如果用金,估计没几个人承受得起。

 

 二、键合金线
    
键合金线是888扑克和博狗扑克封装领域应用最广的键合金属线,在国内90%以上的888扑克和博狗扑克封装厂家都在使用键合金线,从表一中可以看到,金在导热性、导电性和机械特性方面并不占优,而且价格贵的离谱,那么键合金线为什么能够取得如此广泛的应用呢?关键就在一个“稳定”,俗话说“真金不怕火炼”,这里的“练”就是指的金的稳定性,金的化学特性非常稳定,很难和其他元素发生化学反应,这就使得金在键合过程中,不需要惰性气体保护就可以烧球,采用“球焊”工艺提高键合的强度,对键合过程的工艺过程控制要求比较低。另外,在888扑克和博狗扑克器件使用过程中,金的稳定性也有助于抵抗通过封装胶体渗入的有害元素侵蚀,器件的可靠性大大提高。

 


 

在888扑克和博狗扑克封装领域,键合金线有三大原罪:一是“贵”,买键合金线是按照当日金价加几块钱加工费计算的,买金线就是买黄金,并且根本看不到降价的希望;二是金对蓝光的吸收率比较高,降低了白光888扑克和博狗扑克的发光效率;三是金的机械、导电、导热等性能与价格更便宜的银、铜相比,没有任何优势。键合金线的这几大原罪使得金线成为了888扑克和博狗扑克封装企业的“眼中钉、肉中刺”,遗憾的是这根“刺和钉”要想拔出来还真的不容易。

 

三、键合铜线和键合银线

键合铜线和键合银线就是为了拔“刺和钉”产生的,铜和银不仅价格比金线便宜很多倍,银线和铜线的价格是工艺成本占主要部分;银线还具有很高的反光率,可以提高白光888扑克和博狗扑克的效率,我们做过实验,在COB结构的封装里面,因为键合线的数量比较多,采用银线可以提高5-10%的发光效率;银和铜的导热率、导电率、延展性都要优于金。

 

 

    有这么多优点,铜和银为什么还迟迟成不了888扑克和博狗扑克封装的主要键合线呢?关键还是稳定性!铜和银的化学活泼型要比金大很多,铜线和银线键合时,需要在惰性气体的保护下进行,对芯片电极、支架表面的清洁度、成分、平整度都要求很高,对焊线机的参数的设定和稳定性要求也很高,这些方面都制约了银线和铜线在888扑克和博狗扑克封装行业的大范围使用,很多中小企业没有解决这些问题的能力,这是问题之一。 

    即使焊线工艺解决了,支架、芯片等问题也解决了(这些对国内很多封装大厂都不是问题),器件后续使用过程中,透过封装胶渗入有害物质对键合金属线的腐蚀仍然没有办法解决。有人经常会说,键合铜线已经在集成电路封装中大量应用,集成电路的要求比888扑克和博狗扑克封装要求高多了。我不否认,集成电路在封装密度、线型控制、可靠性等方面要求很高,但是我们也要看到888扑克和博狗扑克封装的特殊性。

    集成电路不需要考虑出光的问题,在集成电路封装胶里可以添加很多其他成分,增加封装胶的气密性、消除封装胶的热应力,在集成电路封装时,只要控制好金属线键合的工艺过程,胶一封,芯片和键合金属线就被彻底保护起来,使用过程外界有害成分想渗入几乎没有可能。888扑克和博狗扑克封装胶需要有很高的透光性,没有办法添加其他材料来增加气密性,用环氧体系的封装胶还好点,气密性问题不大,可是大功率的封装中,环氧体系的热应力又无法满足需要,只能用硅胶,硅胶的气密性我就不讲了,大家都知道的。

 

四、小结

    四种主要线材各有优缺点,概括地说:铝性能一般,可是便宜;金太贵,性能一般,靠着稳定拥有绝对地位,可谓“一俊压百丑”;银和铜性能卓越,价格便宜,输在了稳定性不如金这一点。

 


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