金线介绍

Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
11
加工硬化
SUMITOMO METAL MINING
Hardness (Hv)
100 80 60 40 20
0
HG2 NL4 NL5 SGL2 EZ
下压力
烧球
20
40
60
Force (gf)
第一部分
SUMITOMO METAL MINING
① 键合用金线设计介绍 ② 生产流程介绍
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
1
电阻率
线材 银 铜 4N 金 (99.99%) 铝 2N 金 (99%) 镍 铁 铂 钯
2
SUMITOMO METAL MINING
拉伸强度
强度 (应力)
长度： 100mm
延展率
速度: 10.0mm/min
杨氏模量 延展率 (应变)
通过测试机的测试，可以得到金线的机械特性值。
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
22
绕线
供给线轴
张力滑轮
SUMITOMO METAL MINING
SUMITOMO METAL MINING
高频感应 加热炉 熔解铸造
单孔拉伸
后工程
日本大口 马来西亚 台湾 上海
16
中间热处理 最终伸线
重型伸线
最终热处理
绕线
检查
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
熔解铸造
SUMITOMO METAL MINING
14
第二部分
SUMITOMO METAL MINING
① 键合用金线设计介绍 ② 生产流程介绍 ③ 分析设备及方法介绍 ④ 问题处理 ⑤ 减小线径的注意点
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
15
生产流程
前工程
日本大口 上海
掺杂物 高纯度金
再结晶温度
金的熔点
钙 铍
热影响区域
(HAZ) SGH SGL
稀土类元素
烧球形成过程中的温度
SGL掺杂钙和稀土类元素，SGH掺杂铍元素。钙元素和稀土类元素的原子直径比铍 元素原子直径大。在高温条件下，大原子不容易移动，所以再结晶温度较高。再 结晶温度影响HAZ的长度，所以不同金线的HAZ长度不一样。
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
粗糙的
匀称的晶格
SUMITOMO METAL MINING
粗糙的晶格
高尔夫球，超过Pad的范围
稀土类金属可以使烧球的晶格更匀称, 从而使焊球更圆。
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
13
低弧高金线/SGL2
SGH SGL
SUMITOMO METAL MINING
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
4
原子的大小
SUMITOMO METAL MINING
原子的半径 (D/2)
•铍
: 105皮米(1皮米=10-12米)
• 金, 铜 : 135
•钯
: 140
•钙
: 180
D
•铈
: 185
•镧
9
与铝垫焊接的可靠性比较
SUMITOMO METAL MINING
含溴树脂（传统树脂）
不含溴树脂（绿色树脂）
1200小时后，在含溴树脂中，2N金线的电阻上升了15%。 1500小时后，在不含溴树脂中，4N金线的电阻上升了15%。
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
收线线轴
线轴来回移动， 控制金线的间距和层数。
绕线的功能：卷绕成顾客需要的每卷线长。
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
23
绕线要素
SUMITOMO METAL MINING
松 紧
松
宽度 厚度
紧
张力
间距
层数
绕线的松紧可以通过调节张力，间距和层数来优化。
下压力: 1克 时间: 10秒
FAB=50um
初始状态下，含有较多Be的EZ，烧球和其他4N的金线硬度基本一致。 但是受到压力后,硬度增长的速度要快于 其他4N的金线。
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
12
稀土类金属的影响
不均匀的晶格
熔解的金
金棒
熔解铸造工程的目的是混合所有的添加物，并制作成金棒。
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
17
伸线
SUMITOMO METAL MINING
整组拉伸模
供线线轴
绞轴
收线线轴
伸线的功能：减小金线的线径
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
25
20
热处理
张力控制Βιβλιοθήκη SUMITOMO METAL MINING
加热炉
供线线轴
收线线轴
热处理的功能：调整金线的机械特性
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
21
机械特性值
SUMITOMO METAL MINING
测试方法
应力-应变图
• 良好的化学抵抗能力 Æ 塑封成型后的可靠性
• 良好的延展性 Æ 容易生产制造,键合,弧度成型
• 较少的气体溶解性 Æ 较圆的烧球
• 软硬适中 Æ 较少的焊垫损伤
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
3
金线型号
SUMITOMO METAL MINING
弧高
高
低 短
TO, SOP, SOJ, PLCC
SGH
DIP, SOP, SOJ, QFP
SGS
SA, HG
SGL CB
弧长
High-pin QFP, BGA,LED
NL/EZ
BOC,CSP,TSOP, TQFP, QFJ, QFN, MCM
长
每种型号的金线都有自己的特性，来满足不同封装形式的需要。 金线成分以及热处理过程都会影响到金线的特性。
: 195
铜，钯的原子大小几乎和金原子相同，所以他们易溶于金。 (经验规则: |DA-DB|/DA<15% Æ 易溶) 不同掺杂物的组合和掺杂物原子数量赋予了金线不同的特性。
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
5
晶格缺陷
SUMITOMO METAL MINING
10
铍对第一焊点的影响
SUMITOMO METAL MINING
缺少加工硬化作用
下压力 超声波
下压力 超声波
适当的加工硬化作用
下压力 超声波
下压力 超声波
超声波 Æ 球的变形
超声波Æ使结合面更牢
当超声波作用时，烧球中的加工硬化作用减小了烧球变形，而大部分 的超声波能量作用于初始的IMC增长，从而使初始的IMC覆盖率增大。
18
拉伸模
SUMITOMO METAL MINING
钻石拉伸模
外壳 衬托
钻石非常硬，表面光滑，所以不会导致金线表面的拉伤。
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
19
MG值
L: 20.0厘米
SUMITOMO METAL MINING
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
掺杂物的功能
SUMITOMO METAL MINING
可靠性
钯, 铂, 等
9减缓IMC生长 9抵抗溴的腐蚀 9减缓空洞产生
加工硬化 铍
9弧形 9初始的IMC
SGH
强度 钙
8
HG, SA SGS
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
24
检查
SUMITOMO METAL MINING
20倍显微镜
金线表面 (纠结, 污染物, 伤痕等), 线轴颜色, 标贴颜色, 标贴位置。
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
HG7
EZ, F, NL CB, SGL
热抵抗能力
稀土类金属
9HAZ长度 9细小的晶粒 9高温强度
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
高可靠性金线/HG2
SUMITOMO METAL MINING
Au-1%Pd Pd
EPMA Mapping
机械特性依赖于晶格缺陷，例如间隙中的原子，被替换的原子,空洞和错层。这种晶格 缺陷会产生一个应变区域围绕在原子周围，使得该原子需要额外的能量才能移动。 因此，抵抗材料变形的能力就有所增加，使金线获得较高的强度。
空洞 间隙中的原子 间隙中熔入的原子
被替换的原子 小原子: 高温下较易移动 大原子: 即使在高温下，
也很难移动。
错层
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
6
热处理条件
强度
重组
硬
再结晶
中等硬度
SUMITOMO METAL MINING
晶粒增长
软
延展率 7
温度 / ℃
重组：空洞消失，原子重新排列。 再结晶: 新的晶粒生成。 晶粒增长: 越来越多的晶粒生成，并且晶粒开始长大。
180‘Cx500h
钙
金和钯的原子大小相近，可溶性较高，加工硬化能力较弱。 钯有抵抗溴侵蚀的功能。 随着IMC的生长，钯的富集层形成， 形成后的富集层能够延缓IMC的生长，减缓空洞的产生。
钯
替代的原子
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
W: 重量(g) p: 密度 金=19.3g/cm3
D: 直径
D(um)=2 x (W/(3.14 x L x p)) x 104 例如) MG值=1.21mg/20cm Æ 直径=20.0um
对20厘米长的金线称重，通过以上公式可以得到金线的直径。 20厘米金线的重量称之为MG值。
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
电阻率 μΩcm 1.6 1.7 2.4 2.7 3.0 6.8 10.1 10.4 10.5
Fine Wire Department, Semiconductor Materials Division
金线的优势
SUMITOMO METAL MINING
• 高导电性 Æ 电信号表现良好
• 在空气和水中不会氧化 Æ 可靠性, 可焊性