铜丝在引线键合技术的发展及其合金的应用

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2023年半导体封装用键合铜丝行业市场发展现状

2023年半导体封装用键合铜丝行业市场发展现状半导体封装用键合铜丝是半导体制造行业中必不可少的重要材料之一，用于将芯片与外部封装材料连接。

随着芯片尺寸的不断缩小和集成度的不断提高，键合铜丝的要求也在不断增加，市场前景广阔。

以下是该行业市场发展现状的详细介绍。

一、市场需求与发展趋势随着人们对电子产品的要求不断提高，半导体芯片作为技术的先锋，具有广泛的应用前景。

而键合铜丝作为芯片制造中必须的材料之一，也必须不断进行技术升级和改良，以满足不断增长的市场需求。

例如，在智能手机、电脑和其他移动设备的使用需求中，芯片深度集成和小型化趋势日益明显。

这对键合铜丝的材料、技术和生产工艺都提出了更高的要求。

同时，为了解决现有芯片晶圆的使用量较高的问题，还需要开发出芯片堆叠及三维封装技术。

这些技术的推广也给键合铜丝生产提出了更高的技术要求。

二、市场规模与市场份额从市场份额来看，目前全球键合铜丝生产主要由三家企业垄断。

其中，分别是美国的独立硅电子公司、日本的日本大昌和韩国的LG Innotek。

这三家企业在市场上享有绝对的垄断地位，占据了绝大多数的市场份额。

其中，独立硅电子公司在市场上占据了60%以上的份额，成为联合硅电子公司之后，全球市场份额最大的厂商。

根据相关行业分析机构的统计数据来看，2019年半导体封装行业总体规模为293.1亿美元。

而至2024年，这一市场规模将有望提高至383.4亿美元左右。

其中，键合铜丝将会在半导体封装行业中成为重要的市场产品之一。

预计将获得逐步增长的市场份额。

三、市场竞争激烈的现状由于目前市场上存在垄断现象，所以需要更多的企业参与竞争。

国内企业在这方面的发展还相对比较薄弱。

原因在于，这个市场对技术要求比较高，对资金、人才等方面的投入也较为巨大，因此，对于新入局的企业来说，高门槛也成为一大挑战。

同时，由于市场竞争激烈，主要在价格领域展开。

而由于芯片制造中安全可靠性要求极高，所以并非只有价格优势，而是还要重视基础研究和技术上的创新。

铜丝引线键合技术的发展

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。

高端集成电路引线框架铜合金材料研发与应用

高端集成电路引线框架铜合金材料研发与应用引言随着科技的不断进步和人们对高质量电子设备的需求日益增长，高端集成电路作为电子产品的核心部件，对于材料的要求也越来越高。

其中，引线框架是集成电路中非常重要的组成部分，它承担着电信号传输和功耗控制的关键任务。

铜合金作为一种优质的引线框架材料，具有良好的导电性、导热性和机械强度，因此在高端集成电路中得到广泛应用。

本文将深入探讨高端集成电路引线框架铜合金材料的研发与应用。

研发历程铜合金材料的优势1.优良的导电性：铜合金具有出色的电导率，能够快速传导电信号，提高集成电路的工作效率。

2.良好的导热性：铜合金具有较高的导热系数，能够有效散热，保证集成电路的稳定性。

3.高强度和耐腐蚀性：铜合金具有较高的机械强度和抗腐蚀能力，能够提供可靠的引线支撑。

研发目标1.提高铜合金的导电性和导热性；2.提高铜合金的机械强度和耐腐蚀性；3.降低铜合金的成本。

研发方法和过程1.材料筛选：通过大量实验和数据分析，筛选出具备良好导电性和导热性的铜合金材料；2.工艺优化：优化材料的制备工艺，提高材料的机械强度和耐腐蚀性；3.合金配比调整：通过调整铜合金的配比，降低材料的成本；4.综合评估：对优化后的铜合金材料进行综合评估，选取最优方案。

应用案例案例一：5G通信领域随着5G技术的快速发展，高端集成电路在5G通信领域的应用越来越广泛。

在此背景下，高导电性、高导热性和高强度的铜合金引线框架成为必备的关键材料。

通过引线框架的优化设计和铜合金材料的应用，可以提高5G通信设备的性能，实现更快的数据传输和更低的功耗。

案例二：人工智能芯片人工智能芯片作为近年来的热门领域，对高端集成电路的要求也越来越高。

铜合金引线框架因其优越的导电性和导热性，在人工智能芯片中得到广泛应用。

通过铜合金引线框架的应用，可以提高人工智能芯片的计算速度和稳定性，进一步推动人工智能技术的发展。

案例三：工业自动化在工业自动化领域，高端集成电路引线框架铜合金材料的应用也十分重要。

铜键合丝项目

铜键合丝项目一、概述集成电路时信息产品的发展基础，信息产品是集成电路的应用和发展的动力。

随着微电子工业的蓬勃发展，集成电路电子封装业正快速的向体积小，高性能，高密集，多芯片方向推进，其应用基础与核心的大规模集成电路、超大集成电路和甚大规模集成电路的特征间距尺寸已走过了0.18µm、0.13µm、0.10µm 的路程，直至当今的0.07µm生产水平。

其集成度也达到数千万只晶体管至数亿只晶体管，布线层数由几层发展至10层，布线总长度可高达1.4Km。

作为半导体封装的四大基础材料之一的键合金丝要求特细（φ0.016mm），而超细的键合金丝在键合工艺中已不能胜任窄间距、长距离键合技术指标的要求。

因此，随着半导体集成电路和分立器件产业的发展，键合金丝无论从质量上、数量上和成本上都不能满足国内市场的发展要求。

特别是低弧度超细金丝，大部份主要依赖于进口，占总进口量的45%以上。

随着单晶铜丝加工技术的成熟，市场用量也不断增加，用于键合引线的优势主要表现在以下几个方面：（1）其特性：1）单晶粒：相对目前的普通铜材（多晶粒），而单晶铜丝只有一个晶粒，内部无晶界。

而单晶铜杆有致密的定向凝固组织，消除了横向晶界，很少有缩孔、气孔等铸造缺陷；且结晶方向拉丝方向相同，能承受更大的塑性变形能力。

此外，单晶铜丝没有阻碍位错滑移的晶界，变形、冷作、硬化回复快，所以是拉制键合引线（φ0.03-0.016mm）的理想材料。

2）高纯度：目前，在我国的单晶铜丝（原材料）可以做到99.999%（5N）或99.9999%（6N）的纯度;3）机械性能好：与同纯度的金丝相比具有良好的拉伸、剪切强度和延展性。

单晶铜丝因其优异的机械电气性能和加工性能，可满足封装新技术工艺，将其加工至φ0.03-0.015mm的单晶铜超细丝代替金丝，从而使引线键合的间距更小、更稳定；4）导电性、导热性好：单晶铜丝的导电率、导热率比金丝提高20%，因此在和金丝径相同的条件下可以承载更大的电流，键合金丝直径小于0.018mm时，其阻抗或电阻特性很难满足封装要求。

铜线键合工艺

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。

引线框架铜合金

引线框架铜合金材料1)介绍引线框架:作为集成电路的芯片载体,是一种借助于键合材料(金丝、铝丝、铜丝)实现芯片内部电路引出端与外引线的电气连接,形成电气回路的关键结构件,它起到了和外部导线连接的桥梁作用,绝大部分的半导体集成块中都需要使用引线框架,是电子信息产业中重要的基础材料。

2)优势所在:科学技术现代化对铜及铜合金材料提出越来越多的新要求,引线框架的作用是导电、散热、联接外部电路,因此要求制作引线框架材料具有高强度、高导电、良好的冲压和蚀刻性能。

目前全世界百分之八十的引线框架使用铜合金高精带材制作,据不完全统计,引线框架合金约77种,按合金系划分主要有铜-铁-磷、铜-镍-硅、铜-铬-锆Cu-Fe-P、Cu-Ni-Si、Cu-Cr-Zr 三大系列,按着性能可分为高导电、高强度、中强中导等系列所有这些新要求,将推动铜及铜合金材料的现代化进程。

常用的铜基引线框架材料主要有C194和KFC合金,其中C194 (Cu-2.3Fe-0.1Zn-0.03P)属于Cu-Fe-P系合金,具有高导电、高导热性以及好的热稳定性,大量应用于电子封装(安装集成电路内置芯片外用的管壳,起着安放固定密封,保护集成电路内置芯片,增强环境适应的能力,并且集成电路芯片上的铆点也就是接点,是焊接到封装管壳的引脚上的)领域。

C194合金(Cu-2.35%Fe-0.12%Zn-0.03% P)是美国奥林公司20世纪60年代开发生产的引线框架材料,因其优良的导电性、导热性和低价格等特点成为引线框架材料的主导产品。

目前日本和德国是世界上最大的引线框架铜带出口国, 我国虽然可以自行生产一定量的C194合金材料,但合金性能与国外产品相比存在一定差距,国外合金性能为:抗拉强度500MPa,硬度151HV,电导率3.77×10-2S/m;而国内合金性能为:抗拉强度≥410 MPa,硬度120~145HV,电导率≥3.48×10 -2S/m。

引线键合技术

引线键合技术
引线键合技术是一种微电子制造中常用的连接技术，其主要原理是通过高温、高压下将金属线与芯片内部电路连接起来。

这种技术具有高可靠性、高密度、低成本等优点，已经成为现代电子制造领域中不可或缺的一部分。

引线键合技术主要分为金线键合和铜线键合两种。

其中，金线键合适用于高端芯片，其使用金属线作为连接材料，可以实现更高的导电性能和更好的耐腐蚀性。

而铜线键合则适用于低端芯片，其使用铜线作为连接材料，成本更低，但相对导电性能和耐腐蚀性略有不足。

引线键合技术的发展是电子制造业不断进步的重要标志。

随着科技的不断发展，引线键合技术也在不断升级，成为连接芯片和封装的主流技术之一。

未来，引线键合技术将会更加高效、智能化，为电子制造业的发展带来更大的推动力。

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课堂引线框架铜合金材料的研究现状及发展趋势

课堂引线框架铜合金材料的研究现状及发展趋势导读：引线框架作为集成电路的芯片载体，是一种借助于键合材料（金丝、铝丝、铜丝）实现芯片内部电路引出端与外引线的电气连接，形成电气回路的关键结构件，它起到了和外部导线连接的桥梁作用，绝大部分的半导体集成块中都需要使用引线框架，是电子信息产业中重要的基础材料。

引线框架用铜合金大致分为铜一铁系、铜一镍-硅系、铜一铬系、铜一镍一锡系(JK--2合金)等，三元、四元等多元系铜合金能够取得比传统二元合金更优的性能，更低的成本，铜一铁系合金的牌号最多，具有较好的机械强度，抗应力松弛特性和低蠕变性，是一类很好的引线框架材料。

由于引线框架制作及封装应用的需要，除高强度、高导热性能外，对材料还要求有良好的钎焊性能、工艺性能、蚀刻性能、氧化膜粘接性能等。

材料向高强、高导电、低成本方向发展在铜中加人少量的多种元素，在不明显降低导电率的原则下，提高合金强度(使引线框架不易发生变形)和综合性能，抗拉强度600Mpa以上，导电率大于80%IACS的材料是研发热点。

并要求铜带材向高表面，精确板型，性能均匀，带材厚度不断变薄，从0.25mm向o.15mm、0.1mm逐步减薄，0.07一0.巧~的超薄化和异型化。

按照合金强化类型可分为固溶型、析出型、析中型从材料设计原理看，引线框架材料几乎都是析出强化型合金，采用多种强化方法进行设计，主要有形变强化、固溶强化(合金化强化)、晶粒细化强化、沉淀强化，加人适量的稀土元素可使材料的导电率提高1.5一3%IACS，有效地细化晶粒，可提高材料的强度，改善韧性，而对导电性的影响很小。

从加工硬化与固溶硬化相结合和固溶一时效硬化以及复合强化等方面进行研究，改进材料性能。

随着电子通讯等相关信息产业的快速发展，对集成电路的需求越来越大，同时对其要求也越来越高。

现代电子信息技术的核心是集成电路，芯片和引线框架经封装形成集成电路。

作为集成电路封装的主要结构材料，引线框架在电路中发挥着重要作用，例如承载芯片、连接芯片和外部线路板电信号、安装固定等作用。

高端集成电路引线框架铜合金材料研发与应用

高端集成电路引线框架铜合金材料研发与应用一、引言高端集成电路是现代电子技术的重要组成部分，它具有高集成度、高性能、高可靠性等特点。

而其中的引线框架则是集成电路中最为关键的部分之一，其质量和可靠性直接影响着整个芯片的性能和寿命。

因此，研究和开发高品质的引线框架材料对于提升集成电路质量和可靠性具有非常重要的意义。

二、传统引线框架材料存在问题传统引线框架材料主要采用镍铁合金或钨合金等材料制作，这些材料虽然具有较好的导电性和耐腐蚀性能，但同时也存在一些问题。

首先，这些材料硬度较大，在加工过程中容易产生裂纹和变形等缺陷；其次，这些材料价格昂贵，难以满足大规模生产需求；最后，这些材料由于密度较大，在使用过程中容易导致芯片热量积聚过多而影响芯片稳定运行。

三、铜合金作为新型引线框架材料针对传统引线框架材料存在的问题，近年来研究人员开始关注铜合金作为新型引线框架材料。

铜合金具有良好的导电性和热导性能，同时密度较小、硬度适中，易于加工成型。

另外，铜合金价格相对较低，可以满足大规模生产需求。

因此，铜合金被认为是一种非常有潜力的引线框架材料。

四、铜合金引线框架材料研发进展目前，国内外已经有不少研究机构和企业开始进行铜合金引线框架材料的研发工作。

其中，美国IBM公司开发出了一种新型铜合金引线框架材料，并在其生产的Power7系列芯片中使用。

该材料不仅具有优异的导电性和耐腐蚀性能，而且硬度适中、加工容易、价格相对较低。

此外，在国内也有不少企业开始进行相关研究工作，并取得了一定进展。

五、应用前景随着集成电路技术的不断发展和应用领域的不断扩大，高品质的引线框架材料将会越来越受到关注和重视。

铜合金作为一种新型引线框架材料，具有优异的性能和广阔的应用前景。

未来，随着铜合金材料技术的进一步发展和完善，相信它将会在集成电路领域中得到更加广泛的应用。

六、结论高端集成电路引线框架铜合金材料研发与应用是一个非常重要的课题。

传统引线框架材料存在缺陷，而铜合金作为一种新型引线框架材料具有优异的性能和广阔的应用前景。

铜线键合优势和工艺的优化

铜线键合优势和工艺的优化韩幸倩;黄秋萍【摘要】半导体封装对于芯片来说是必须的,也是至关重要的.封装可以指安装半导体集成电路芯片用的外壳,它不仅起着保护芯片和增强导热性能的作用,而且还起到沟通芯片内部世界与外部电路桥梁和规格通用功能的作用.文章阐述了铜线键合替代金线的优势,包括更低的成本、更低的电阻率、更慢的金属问渗透.再通过铜线的挑战--易氧化、铜线硬度大等,提出了在实际应用中工艺的优化,如防氧化装置、铜丝劈刀的参数、压力和超声的优化等.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2011(011)006【总页数】3页(P1-3)【关键词】半导体封装;引线键合;铜线键合【作者】韩幸倩;黄秋萍【作者单位】苏州大学,江苏,苏州,215021;苏州大学,江苏,苏州,215021【正文语种】中文【中图分类】TN305.941 引言曾有位封装界的名人说过，是封装技术的发展真正促进了半导体应用市场的发展。

虽然根据摩尔定律，芯片的尺寸在不断地缩小，但封装技术的一次次革命才真正实现了芯片体积的微缩和价格的下降。

当今业界对日益小型化和复杂化的半导体封装不断提出新要求，对成本控制也变得迫切。

近年来，金价显著提升，而半导体工业对低成本材料的需求更加强烈，作为连接导线，铜线是金线的理想替代品。

2 铜线键合的优势2.1 更低的成本早在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。

当时，行业的标准封装形式为18～40个引线的塑料双列直插式封装，其焊区间距为150μm～200μm，焊球尺寸为100μm～125μm，丝焊的长度很难超过3mm。

与现在的金丝用量相比，在当时的封装中金丝用得很少。

所以，实际上金的价格并不是主要问题。

然而，随着微电子行业新工艺和新技术的出现及应用，对封装尺寸和型式都有更高、更新的要求。

首先是要求键合丝更细，封装密度更高而成本更低。

一般在细间距的高级封装中，引出端达500个，金丝键合长度大于5mm，其封装成本在0.2美元以上。

2023年键合铜丝行业市场发展现状

2023年键合铜丝行业市场发展现状键合铜丝行业是电子行业中的一个重要分支，主要用于制造各种连接器、集成电路等电子元器件。

随着电子行业快速发展，键合铜丝行业也迎来了市场发展的新机遇。

本文将就现阶段键合铜丝行业的市场发展现状进行分析。

一、市场规模持续扩大当前，全球电子行业的市场规模持续扩大，而键合铜丝作为电子行业中的重要元器件，其市场规模也在不断扩大。

根据市场调研数据，自2017年起，全球键合铜丝市场规模已经突破了52亿美元，预计到2024年将达到78亿美元。

同时，对于亚洲市场来说，由于亚洲是电子行业的重要生产和消费市场，因此亚洲地区的键合铜丝市场规模也将占据全球市场的大部分份额。

二、技术不断创新随着科技的不断发展和进步，键合铜丝行业也不断地进行技术创新和改进。

目前，键合铜丝的技术越来越高端，不仅涉及到多种材料、设计和制造工艺，更多的是要求其拥有更高的精度、耐用度和可靠性。

为了满足市场需求，许多企业开始加大研发投入，不断引进国内外先进的技术，并加强创新。

三、行业竞争激烈当前，全球键合铜丝市场中的企业数量很多，且竞争激烈。

由于资本和技术门槛较低，因此容易在短时间内形成一个竞争激烈的市场环境。

但是，随着行业的发展和趋于成熟，这种竞争也逐渐趋于稳定。

一些大型企业通过不断拓展产品类别、开发新市场、提高专业技术水平等方式，来保持自身的竞争优势。

四、成本压力增加键合铜丝行业生产所需的材料和设备较为复杂，因而也使得其生产成本较高。

在全球经济形势不稳定、资金压力加大的背景下，企业在生产、生产环境以及管理等方面都会面临更大的成本压力。

尽管键合铜丝的市场需求量不断增加，但面对成本压力，企业亦需通过不断优化生产和管理流程、提高生产效率等手段，来降低成本。

总之，随着全球电子行业的快速发展，键合铜丝作为其重要组成部分，市场需求量也呈现逐年递增的态势。

但同时，该行业也需面对激烈的竞争、高成本等压力。

只有愈加优化产品质量和提高竞争力，才能够在行业中保持稳定的发展。

引线框架铜合金

引线框架铜合金材料1）介绍引线框架：作为集成电路的芯片载体，是一种借助于键合材料（金丝、铝丝、铜丝）实现芯片部电路引出端与外引线的电气连接，形成电气回路的关键结构件，它起到了和外部导线连接的桥梁作用，绝大部分的半导体集成块中都需要使用引线框架，是电子信息产业中重要的基础材料。

2）优势所在：科学技术现代化对铜及铜合金材料提出越来越多的新要求，引线框架的作用是导电、散热、联接外部电路，因此要求制作引线框架材料具有高强度、高导电、良好的冲压和蚀刻性能。

目前全世界百分之八十的引线框架使用铜合金高精带材制作，据不完全统计，引线框架合金约77种，最为显著的是C194铜合金材料：抗拉强度≥410 MPa,硬度120～145HV,电导率≥3.48×10-2S/m。

3）C194热轧工艺：本试验所用C194铜合金取自国某铜厂热轧后的板坯，用水冷铁模浇铸合金扁锭，铸锭尺寸为40 mmxl00 mmx600mm。

加热温度、保温时间和终轧温度是热轧工艺的几个关键因素。

1、开轧温度，是轧机开始对金属轧制的温度。

开轧温度在金属的塑性变化温度以上，这多半是使金属坯按照要求轧制成某种形状，每种金属均有自己的开轧温度。

生产现场总是希望开轧温度高一点，以便提高轧件的塑性，降低变形抗力，节省动力，易于轧制变形。

2、终轧温度，是金属产生塑性变形结束时的温度。

这个温度有两个要求：（1）要满足金属仍在塑性变化的温度区域，以便顺利完成轧制；（2）要满足某种金相组织。

这是因为，不同的温度，金属有不同的金相组织。

如果超过终轧温度，就会出现其他组织的金相组织，这就影响了轧制质量。

终轧温度是控制金属合金组织性能的重要条件,需考虑到晶粒大小、第二相的析出。

保温时间主要考虑到合金对温度的敏感性。

C194合金对温度不敏感,加热时间的影响较小,实验中控制在2 h。

重点研究开轧温度和终轧温度的确定及其对组织性能的影响。

3.1）开轧温度实验合金的屈服强度和延伸率随温度的变化关系合金在铸态时的屈服强度随实验温度的升高而明显降低；同时,合金的延伸率随实验温度的升高急剧上升。

键合铜丝

单晶铜丝各种音频视频信号在传输过程中通过晶界时,都会产生反射、折射等现象使信号变形、失真衰减,而单晶铜极少的晶界或无晶界使传输质量得到根本改善。

因此,单晶铜在音视频信号传输方面得到广泛的应用。

同样情况，由于芯片输入已高达数千输入引脚的大量增加，使原来的金、铝键合丝的数量及长度也大大增加，致使引线电感、电阻很高，从而也难以适应高频高速性能的要求，在这种情况下，我们同样采取了性价比都优于金丝的单晶铜（ф0.018mm）进行了引线键合，值得可贺的是键合后结果取得了预想不到的成功。

作为半导体封装的四大基础材料之一的键合金丝，多年来虽然是芯片与框架之间的内引线，是集成电路封装的专用材料，但是随着微电子工业的蓬勃发展，集成电路电子封装业正快速的向体积小，高性能，高密集，多芯片方向推进，从而对集成电路封装引线材料的要求特细（¢0.016mm），而超细的键合金丝在键合工艺中已不能胜任窄间距、长距离键合技术指标的要求。

特别令我们高兴的是，这种期待与渴望，在“2007年中国半导体封装测试技术与市场研讨会”上，我们公司的单晶铜键合引线新产品被行业协会的专家“发现”，并立即得到大会主席及封装分会理事长毕克允教授的充分肯定和支持。

其集成度也达到数千万只晶体管至数亿只晶体管，布线层数由几层发展至10层，布线总长度可高达1.4Km。

作为导体主要材料的铜线,线径要求也越来越细,无氧铜杆由于其多晶组织,就不可避免存在缺陷及在晶界处的氧化物等,从而影响其进一步的拉细加工目前单晶铜线最细可拉到直径0.016mm，基本满足最高要求。

为促进技术成果尽快向产业化转移，促进生产力的发展，为此，我们一直期待着能早日为集成电路封装业高尖端技术的应用做出应有的贡献。

随着电子工业的迅猛发展,各种电子元件都趋向于微型化、轻量化。

集成电路时信息产品的发展基础，信息产品是集成电路的应用和发展的动力。

特别是低弧度超细金丝，大部份主要依赖于进口，占总进口量的45%以上。

芯片封装中铜丝键合技术的研究进展

芯片封装中铜丝键合技术的研究进展／王彩媛等・２０７・开始会形成一个焊球，然后把这个球焊接到焊盘上形成第一焊点，而楔形键合则是将引线在加热加压和超声能量作用下直接焊接到芯片的焊盘上［７］。

１．２．１球形键合球形键合过程中，通过劈刀向金属球施加压力，同时促进引线金属和下面的芯片电极金属发生塑性变形和原子间相互扩散，并完成第一焊点，然后劈刀运动到第二点位置，第二点焊接包括楔形键合和拉尾线，通过劈刀外壁对金属线施加压力以楔形键合方式完成第二焊点，焊接之后拉尾线是为下一个键合循环金属球的形成作准备。

劈刀升高到合适的高度以控制尾线长度，这时尾端断裂，然后劈刀上升到成球的高度。

形球的过程是通过离子化空气间隙的电子火焰熄灭（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｆｌａｍｅ－ｏｆｆ，既Ｕ）过程实现的。

球形键合是一种全方位的工艺（即第二焊点可相对第一焊点３６０。

任意角度），其工艺过程如图１所示。

图１球形键合过程Ｆ．唔１Ｂａｌｉｂ０啦ｐｒｏｃｅｓｓ１．２．２楔形键合楔形键合是用楔形劈刀将热、压力、超声传给金属线，在一定时间形成焊接，焊接过程中不出现焊球。

在劈刀的压力和超声波能量的作用下，金属线和焊盘金属的纯净表面接触并最终形成连接。

楔形键合是一种单一方向焊接工艺（即第二焊点必须对准第一焊点的方向）。

传统的楔形键合仅仅能在线的平行方向上形成焊点，旋转的楔形劈刀能使楔形键合机适合不同角度的焊线，在完成引线操作后移动到第二焊点之前劈刀旋转到程序规定的角度。

常见楔形键合工艺是室温下的铝线超声波键合，其成本和键合温度较低。

由于楔形键合形成的焊点小于球形键合，特别适用于微波器件，尤其是大功率器件的封装。

１．３工艺参数引线键合的工艺关键首先是温度控制。

一般温度调节范围为２００～３５０＂Ｃ，调节精度为１℃；其次是精确定位控制，即对芯片、引线框架的精确定位；然后是工作参数的设定，包括对驱动超声波换能器、线夹、电子打火的电流、电压、频率、振幅、键合压力、时间等参数的合理设置，以保证焊接点的精度、焊接质量和长期可靠性。

铜线键合技术及设备的研究与应用分析

世界有色金属 2018年 8月下202铜线键合技术及设备的研究与应用分析孟丹（辽宁华盛润瀛科技有限公司，辽宁　沈阳　１１００００）摘要：引线键合技术在微电子封装当中起着极其重要的作用，在常规的封装工艺当中，键合引线大多使用的都是金线。

主要因为金线具有极高的导电性、延展性与稳定性。

但由于金价不断上涨，使得铜线在封装工艺当中的使用越来越广泛，本文对铜线键合技术及设备的研究与应用展开了分析，基于相关的实验数据与理论，探讨了铜线设备的升级和验收和铜线工艺的失效模式。

旨在对推进电子行业的整体发展起到帮助的作用。

关键词：铜线键合技术及设备；研究；应用中图分类号：ＴＮ４０５文献标识码：Ａ文章编号：１００２－５０６５（２０１８）１６－０２０２－２Research and application analysis of copper wire bonding technology and equipmentMENG Dan（Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｈｕａｓｈｅｎｇ　ｒｕｎ　Ｙｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．，　Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１１００００，Ｃｈｉｎａ）Abstract ：Ｌｅａｄ　ｂｏｎｄｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｐｌａｙｓ　ａｎ　ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｐａｃｋａｇｉｎｇ，　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｐａｃｋａｇｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，　ｍｏｓｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｏｎｄｉｎｇ　ｌｅａｄｓ　ａｒｅ　ｇｏｌｄ　ｗｉｒｅｓ．　Ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｒｅａｓｏｎ　ｉｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｇｏｌｄ　ｗｉｒｅ　ｈａｓ　ｈｉｇｈ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，　ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．　Ｈｏｗｅｖｅｒ，　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｉｓｉｎｇ　ｐｒｉｃｅ　ｏｆ　ｇｏｌｄ，　ｃｏｐｐｅｒ　ｗｉｒｅ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｗｉｄｅｌｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｃｋａｇｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ．　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｐｐｅｒ　ｗｉｒｅ　ｂｏｎｄｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｒｅｌｅｖａｎｔ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｄａｔａ　ａｎｄ　ｔｈｅｏｒｙ，　ｔｈｅ　ｕｐｇｒａｄｉｎｇ　ａｎｄ　ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｃｏｐｐｅｒ　ｗｉｒｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｍｏｄｅ　ｏｆ　ｃｏｐｐｅｒ　ｗｉｒｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　Ｉｔ　ａｉｍｓ　ｔｏ　ｈｅｌｐ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ．Keywords:　ｃｏｐｐｅｒ　ｗｉｒｅ　ｂｏｎｄｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；　ｒｅｓｅａｒｃｈ；　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ收稿时间：２０１８－０７作者简介：　孟丹，女，生于１９８１年，山东莱芜人，大学，研究方向：铜线键合技术。

铜线键合

一般情况下,经过退火热处理的键合铜丝,无论是在室温下还是在高温环境里,所表现出来的抗拉强度和延伸率都接近或优于金丝。
另外,由于铜的强度较大、刚性较好,在存储和运输过程中可以降低由于人为误操作而造成的对铜丝的损坏。这不仅会在一定程度上降低生产成本,对保证键合焊点质量具有重要意义。
FEATURE OF COPPER
但是由于金丝昂贵、成本高，而且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，电阻极急剧增大，导电性破坏甚至产生裂缝，严重影响接头性能。因此人们一直尝试寻找其他金属代替金。
与金丝相比，铜丝拥有一些更为优秀的特性，这使其拥有替代金作为新型键和材料的可行性。铜丝主要拥有以下几个优点：成本低廉、机械性能优越、电阻低、导热好以及金属间化合物生长缓慢。
引线键和的金属丝主要是使用数十微米至数百微米的金（Au）丝、铝（Al）丝或硅铝（Si-Al）丝。其中，使用最广泛的是金丝。金丝具有非常好的延展性，而且质地柔软。在引线键合工艺中，Au-Al键合具有非常高的可靠性
铜丝键和
WIRE BONDING MEANING
Period IICOPPERຫໍສະໝຸດ Au wire铜丝键和
WIRE BONDING
TROUBLE
PERIOD I
COPPER
目前,特别是拉制线径在l mil以下的超微细丝,对拉线的断头率、表面质量和单轴长度(重量)都有较高的要求,同时为了提高生产率、扩大品种、增加技术经济效益,在线材的拉线速度和头数的要求越来越高;为键合铜丝的制备提出更为苛刻的要求。目前,对于普通无氧铜来说,由于其存在大量晶界和铸造缺陷,当线径达到0.025mm以下时, 其内部的杂质、铸造缺陷、晶界等会对裂纹变得非常敏感,使得超细微丝拉制非常困难。近年来,用低纯度(3N)电解铜生产的单晶铜杆,虽然具有致密的定向凝固组织,消除了横向晶界,大大降低缩孔、气孔等铸造缺陷,结晶方向与拉丝方向相同,能承受更大的塑性变形能力,从理论上分析是拉制键合丝 (线径小于0.O25mm)的理想材料。

2024年半导体封装用键合铜丝市场需求分析

2024年半导体封装用键合铜丝市场需求分析1. 引言键合技术在半导体封装中起着至关重要的作用。

键合铜丝作为一种常用的键合材料，具有优良的电导性和高可靠性，被广泛应用在半导体封装行业。

本文旨在对半导体封装用键合铜丝的市场需求进行分析，探讨其市场前景和发展趋势。

2. 键合铜丝的特性键合铜丝具有以下几个重要特性：•优良的电导性：铜作为一种良好的导电材料，键合铜丝具有较低的电阻和良好的电导性能，能够有效传导电信号。

•高可靠性：键合铜丝具有良好的焊接性能和可靠性，能够承受高温、高湿和机械应力等环境条件。

•尺寸稳定性：键合铜丝具有较低的线膨胀系数，不易受温度变化和热应力的影响，能够保持稳定的尺寸。

3. 市场需求分析3.1 市场规模半导体封装市场是键合铜丝的主要应用领域之一，其市场规模主要取决于半导体封装行业的需求。

随着科技的进步和电子产品市场的不断扩大，半导体封装行业的市场需求呈现稳步增长的趋势。

根据市场研究机构的数据，预计未来几年半导体封装市场规模将继续扩大，为键合铜丝市场提供更大的需求空间。

3.2 技术创新驱动需求增长随着半导体封装技术的不断革新和发展，对键合铜丝的需求也在不断增长。

新一代芯片和封装技术对键合铜丝的要求越来越高，需要具有更好的导电性能、更高的可靠性和更低的线膨胀系数。

因此，技术创新是推动键合铜丝需求增长的重要驱动因素。

3.3 电子消费品市场的快速发展电子消费品市场的快速发展也推动了键合铜丝的市场需求。

随着智能手机、平板电脑、电视等电子产品的普及，对半导体封装的需求不断增加。

而键合铜丝作为半导体封装的关键材料，受益于电子消费品市场的发展而得到持续需求。

3.4 区域市场差异键合铜丝的市场需求在不同地区存在一定的差异。

发达地区如北美、欧洲和日本，对键合铜丝的需求相对较高，主要由其先进的半导体封装行业和电子消费品市场驱动。

而在新兴市场如中国和印度，随着电子消费品市场的快速崛起，对键合铜丝的需求也在逐渐增加。

几种键合引线的详细对比

几种键合引线的详细对比-键合金丝/键合铜线/铝键合线键合金丝，作为应用最广泛的键合丝来说,在引线键合中存在以下几个方面的问题：1，Au2Al 金属学系统易产生有害的金属间化合物[ ,这些金属间化合物晶格常数不同,力学性能和热性能也不同,反应时会产生物质迁移,从而在交界层形成可见的柯肯德尔空洞( Kirkendall Void) ,使键合处产生空腔,电阻急剧增大,破坏了集成电路的欧姆联结,导电性严重破坏或产生裂缝,易在此引起器件焊点脱开而失效。

2，金丝的耐热性差,金的再结晶温度较低(150 ℃) ,导致高温强度较低。

球焊时,焊球附近的金丝由于受热而形成再结晶组织,若金丝过硬会造成球颈部折曲;焊球加热时,金丝晶粒粗大化会造成球颈部断裂;3，金丝还易造成塌丝现象和拖尾现象,严重影响了键合的质量;4，金丝的价格昂贵,导致封装成本过高。

键合铝线，Al21 %Si 丝作为一种低成本的键合丝受到人们的广泛重视,国内外很多科研单位都在通过改变生产工艺来生产各种替代金丝的Al21 %Si 丝,但仍存在较多问题：1，普通Al21 %Si 在球焊时加热易氧化,生成一层硬的氧化膜,此膜阻碍球的形成,而球形的稳定性是Al21 %Si 键合强度的主要特性。

实验证明,金丝球焊在空气中焊点圆度高,Al21 %Si 球焊由于表面氧化的影响,空气中焊点圆度低;2，Al21 %Si 丝的拉伸强度和耐热性不如金丝,容易发生引线下垂和塌丝;3，同轴Al21 %Si 的性能不稳定,特别是伸长率波动大,同批次产品的性能相差大,且产品的成材率低,表面清洁度差,并较易在键合处经常产生疲劳断裂。

键合铜丝，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。

但在当时行业的标准封装形式为18～40 个引线的塑料双列直插式封装(塑料DIP) ,其焊区间距为150～200μm , 焊球尺为100～125μm ,丝焊的长度很难超过3 mm。