封装技术对于封装材料的发展具有巨大的带动作用,反过来,封装材料的发展又进一步推动了封装技术的发展,因此,封装材料和封装技术有着相互促进又相互制约的关系。封装材料主要包括金属封装材料、高分子封装材料和其他封装材料。

芯片五种常见封装材料(芯片封装材料金属封装材料介绍半导体行业)(1)

在封装过程中,使用较多的金属材料主要包括键合金属线和焊接材料等。

(1)键合金属线材料。集成电路引线键合能实现集成电路芯片与封装外壳的连接,引线键合工艺中所用的导电丝主要有金丝、铜丝和铝丝。

① 金丝。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 18~50μm 的高纯键合金丝,纯金键合丝有很好的抗拉强度和延展率。采用键合金丝主要的问题是原材料价格昂贵,制造成本高。

② 铜丝。半导体封装行业中,由于金的价格不断飙升,造成成本不断提高,于是开始寻找其他更合适的金属来替代金丝材料。由于铜丝的导电性能好、成本低、最大允许电流高、高温下的稳定性高等特点,因此逐渐用铜丝替代金丝。但铜丝也有缺点,比如铜丝在高温下容易氧化,要在保护气氛下键合;铜丝相对其他线材的硬度比较高。这使得各公司在使用铜丝材料时总是需要面对不良率、产能低、可靠性差等问题。在经过新工艺如新型电子灭火、抗氧化工艺及降低模量工艺的改进后,铜丝键合可以做到更牢固,更稳定,铜丝材料已成为替代金丝的最佳键合材料。

③ 铝丝。纯铝太软且难拉成丝,一般加入百分之一的硅或者百分之一的镁以提高强度,掺百分之一镁的铝丝强度和掺百分之一硅的铝丝强度相当。铝线是室温下高可靠的单金属键合线,但不耐腐蚀,不能形成一致的无气孔的球,只适合楔形键合。

(2)焊接材料。封装中常用的焊接材料是低熔点的合金,焊接过程中在被焊表面之间形成冶金结合,起到机械支撑、热传导及电气连接等作用。

① 锡铅焊料。目前使用最广泛的是锡铅(Sn-Pb)焊料。锡铅合金的熔点随成分的变化而变化。63Sn/37Pb 为共晶合金,其熔点为 183℃。共晶锡铅焊料由于熔点低、对 Cu 和 Ni等金属有较好的润湿性而得到广泛的应用。

② 无铅焊料。一直以来,锡铅合金作为电子工业的主要封接材料,在电子部件装配上占据主导地位。然而,铅及铅化合物属剧毒物质,对人体及牲畜具有极大的毒性,尤其是近年来随着人们环保意识的增强和对于自身健康的关注,铅污染越来越受到人们的重视。锡银铜系无铅焊料是新一代代表性焊料,并正在世界范围内推广使用。这种合金具有优良的物理性能和高温稳定性,因此已成为各种无铅焊接工艺中的首选焊料。

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