半导体封装原材料特性介绍

半导体封装原材料特性简介
一、“工业的黄金”——铜（最古老的金属）
铜在地壳中含量比较少，在金属中含量排第17位。

铜主要以化合物的形式存在于各种铜矿中，常见的有黄铜矿、辉铜矿、赤铜矿、孔雀石等。

物理性质：金属铜，元素符号Cu，原子量63.54，比重8.92,熔点1083oC，沸点2567℃，密度8.92g/cm3。

纯铜呈浅玫瑰色或淡红色,表面形成氧化铜膜后,外观呈紫铜色所以又称为紫铜或红铜。

铜属有色金属，导电导热性，延展性良好，焰色反应呈绿色。

铜为紫红色金属，质地坚韧、有延展性；热导率和电导率都很高；铜的机械性能与物理状态有关，也受温度和晶粒大小的影响。

铜是不活泼的金属，在常温下和干燥的空气里，不容易生锈。

在空气中或中加热表面变黑：
，利用此反应可除去混在氢气、一氧化碳中的少量，在高温下还可生成。

与
的作用在潮湿的空气中铜可生成铜绿，。

与稀盐酸、稀
溶液不反应；与浓
反应；与硝酸反应；与盐溶液反应；CuO是不溶于水的碱性氧化物，具有较强氧化性，在加热时能被
CO、、C等还原；可与酸反
应：；
呈砖红色，可用于制红色玻璃，
本身较稳定，但在酸液中易发生
歧化反应生成Cu和。

二、铜带情况
引线框架是半导体芯片的载体；并为半导体、芯片提供电流和信号输入、输出的通路，同时散逸半导体芯片产生的热量。

国内铜带在电导率，抗拉强度、延伸率方面基本可满足引线框架生产的要求，但存在下几部分不足：
１、硬度不稳定
国产铜带硬度常常不能完全符合客户要求，有时太低，有时太
高。

硬度低，会影响引线框架的冲制，卸料不畅，极易产生毛刺而使引线框架达不到质量要求，在封装后因材质软而产生弯曲，不利于编带生产。

硬度太高，在引线框架冲刺时极易造成冲制模的磨损，增加修复模具的几率，提高生产成本，降低生产效率。

在封装后，成品使用极易造成管脚折断而成为废品，在引线框架生产中，有条检验要求就是管脚在弯曲９０°三次后不断裂，而硬度太高，就达不到此要求。

硬度的控制，应该不是技术问题，而是过程控制的原因。

２、软化点太低
国产铜带有时常温下硬度达到要求，但经常发生在４００～５００度高温下，硬度迅速下降的现象，这就是材料的软化点太低，在后封装工艺中，粘片焊线时温度会有短时间的高温，要求材料硬度不能变化太大，在引线框架的检验标准中，会进行５００℃，１分钟的高温试验，会发现有材料会很快变形而失去弹性。

３、内应力不均匀
铜材的内应力消除，而使其均匀分布，对于引线框架的生产极其重要。

国内铜材应力的问题常常在引线框架生产中带来较多的质量问题，为了保证引线框架的平面度，在生产过程中会有两道校平工序，冲制一次，切断一次，如果原材料内主力消除得好，引线框架的成品平面度可以达到保证，而使产品扭曲标准达到要求；内应力消除得不好会使产品在最终产生较大的变形，流入用户手中，会造成封装时卡轨停机。

４、宽度与厚度公差超差
国内铜带在宽度、厚度与侧弯、横弯、卷弯、扭曲度等公差方面，国产铜带常常超差。

特别是宽度公差方面的问题较多，由于分切的原因，在同一卷铜带上出现宽度不一的现象。

考虑到成本的原因，许多引线框架产品的宽度就是要求铜带的宽度，原材料的宽度不一，将导致引线框架产生质量问题。

宽度小于规定值，会使引线框架有关尺寸偏移，宽度大于规定值，将在冲制工序中，进入冲制模中卡死，严重的会引起模具损坏，增加生产的成本，造成引线框架的质量达不到封装厂的质量要求。

５、外观要求不合格
引线框架用铜带在外观上要求非常严格，例如凹坑、裂痕、起皮、模痕、刮伤、麻点、粘污、生锈、氧化等问题都会给框架生产带来致命的缺陷，框架生产厂对凹坑、模痕、刮伤、毛刺等检验都有具体的要求。

铜带表面凹坑，如果超标存在，会因为积存在里面的杂物在生产过程中的电镀工序中清洗不干净，而使镀层结合力不好，产生起泡。

模痕和刮伤，在电镀后更加明显，除影响框架的外观外，如在有效工作区内，还会给后封装带来芯片结合不良的后果。

因为框架生产是自动化、连续的大批量生产，不可能去对铜带一卷、一段地挑选使用。

而后封装工厂对框架质量却是使每一只引线在生产过程中得到验证，要使框架的质量保证后封装要求，铜带必须在外观上根本消除以上缺陷。

６、包装简陋
铜带的外包装要求牢固、结实，适于长途运输，每一卷的包装要做到避免运输过程中的损坏和氧化。

外包装和内包装都应有完整的标签，可以告知使用方完整的信息，包括重量、盘数、生产日期、制造厂商、规格、材料型号、每盘重量等等。

国外进口的铜带在这方面做得非常仔细，而国产铜带却明显的地过于简陋。

三、硅
硅和强碱反应会生成氢气，曾有人用这种方法来制备氢气。

在野外，为了迅速得到氢气，用含量高的硅粉与干燥的Ca(OH)2和NaOH 混合，并强热，即可迅速地得到氢气。

Si+Ca(OH)2＋
2NaOH Na2SiO3+CaO+2H2↑这种Si、Ca(OH)2和NaOH的混合物叫做生氢剂。

SiO2中Si—O键的键能很高，熔点、沸点较高(熔点1723℃，沸点2230℃)。

是酸性氧化物、硅酸的酸酐。

化学性质很稳定。

不溶于水也不跟水反应，不跟一般的酸起作用。

能与氟化氢气体或氢氟酸反
应生成四氟化硅气体。

有酸性氧化物的其它通性，高温下能与碱(强碱溶液或熔化的碱)反应生成盐和水
四、铅
铅是活泼金属!在空气中就能氧化!所以它的氧化温度是常温! 以下是铅的性质：元素符号Pb，原子序数82，相对原子质量207.2。

银灰色金属，质软，密度11.35g/cm3，延性弱，展性强，熔点327.4℃，沸点1620℃，在空气中迅速氧化，表面形成一层氧化铅薄膜，保持内层不再氧化，不溶于盐酸和硫酸，溶于硝酸、醋酸和碱液。

铅主要用于制作电缆、蓄电池等材料，也可制合金。

铅为带蓝色的银白色重金属，化学符号为Pb。

金属铅在空气中受到氧、水蒸气和二氧化碳的作用时、其表面会很快氧化，生成一层保护膜而失去光泽，这层膜可能是碱式碳酸盐。

水能使铅的保护膜脱落，继续氧化。

铅对无氧、无二氧化碳的纯水是稳定的。

铅与冷盐酸、浓硫酸几乎没有反应，这是因为表面生成的二氧化铅和硫酸铅极难溶于水。

铅能慢慢地溶于稀硝酸而生成硝酸铅。

因为铅的密度很大，高能辐射几乎不能通过较厚的铅板，故铅板可用来防护X射线、γ射线等辐射。

铅、锡和锑合金可铸铅字，锡和铅的合金可做焊锡。

在化学、原子能、建筑、桥梁和船舶工业中，铅常用来制造防酸蚀的管道和各种构件。

铅还曾大量用于制造汽油抗爆剂。

铅中毒：铅的蒸气和粉尘容易通过呼吸道和食道进入人体，铅和氧化铅溶于血液引起中毒，常有贫血、腹痛、痉挛、眼和肾受损害等症状。

铅的毒性是由于它能破坏血液，使血球分解，同时通过血液扩散到全身器官和组织并进入骨骼，造成挠骨神经麻痹及手指震颤症，严重时会导致铅毒性脑病而死亡。

五、錫
熔點:231.9℃；沸點:2270℃；密度:5.77(灰錫aSn) 7.29(白錫bSn)；變相點:13.2℃；導電度:15% IACS；強度:14 MPa；硬度:Brinell 硬度 10kg , 20℃；錫是一種熱及電的良導體 , 易延展柔軟的金屬 , 錫有原子價2或4 , 屬於兩性元素金屬 , 作為電鍍用的錫化合物主要有SnO2；锡和铜的合金就是青铜，它的熔点比纯铜低，铸造性能比纯铜好，硬度也比纯铜大。

金属锡很柔软，用小刀就能切开它；具有银白色的光泽，它的展性很好，能展成极薄的锡箔，厚度可以薄到0.04毫米以下。

不过，它的延性比较差，一拉就断，不能拉成细丝。

它的熔点很低，只有232℃，因此，只要用酒精灯或蜡烛火焰就能使它熔化成象水银一样的流动性的液体。

锡也是一种低熔点的金属,它的熔点只有232℃,因此,只要用蜡烛火焰就能把它熔化成像水银一
样的流动性很好的液体. 纯锡有一种奇特的性能:当锡棒和锡板弯曲时,会发出一种特别的仿佛是哭泣声的爆裂声.这种声音是由晶体之间发出的摩擦引起的.当晶体变形时,就会产生这样的摩擦.奇怪的是,如果换用锡的合金,在变形时,却不会发出这种哭声.因此,人们常常根据锡的这一特性来鉴别一块金属究竟是不是锡.锡作的"外衣"有哪些优良的性质呢简单地说,就是:既能抗蚀,又能防毒.
六、银
（1）银的试验方法：外观质量用目视检测。

（2）银的性质及用途
A、物理性质：银（Ag）的原子序数为47，在元素周期表中位于I类B族，属副族元素。

原子量为107.868；原子半径为0.1445nm；熔点为960.5℃。

银有极好的的延展性，可碾成厚度为0.025mm的银箔，拉成直径为0.001mm的银丝，但当含有少量的砷、锑、铋时，则变脆。

银有良好的导电性能，在所有的金属中，银的导电性能最好。

常温下，银的电阻率仅为1.61μΩ.cm-1 。

B、化学性质：银与氧不直接化合，但在熔融状态下1体积的银溶解近２０体积的氧，固体状态下的氧的溶解度极小，因此，在银熔体固化时溶于其中的氧析出，且常伴有金属喷溅现象，形成“银雨”。

“银雨”对银铸锭有一定的危害。

常温下银与硫化氢作用，银表面生成一层黑色的膜，这就是银制品逐渐变黑的原因。

银与游离的氯、溴、碘相互作用生成相应的卤化物，这些反应常温下也能进行，当有水、光加热情况下，反应更快。

C、银的用途
二十世纪前，银主要用于首饰、美术工艺、货币的原料，近几十年来，其用途已深入到新技术、电子工业、航天、航空和医疗等方面，其用
量和作用呈快升之势。

其用于科技电子工业等方面为时不久，但潜在用途很大，主要有以下几个方面：
①电接触材料；②电阻材料；③测温材料；④焊接材料，用于焊接高温工作部件；⑤氢净化材料，金银钯组成钯基合金，净化氢气，生产高纯度氢气，制造航天燃料；⑥厚膜浆料，用于集成电路，微波领域等；⑦催化剂，用于石油化工行业；⑧电镀，提高元件表面的防腐耐磨性。

七、地壳中最多的金属——铝
地壳中最多的金属就是铝；铝还有一个极为突出的特点，就是轻。

铝的物理性质：铝是银白色的轻金属，较软，密度2.7g/cm3，熔点660.4℃，沸点2467℃，铝和铝的合金具有许多优良的物理性质，得到了非常广泛的应用。

铝对光的反射性能良好，反射紫外线比银还强，铝越纯，它的反射能力越好，常用真空镀铝膜的方法来制得高质量的反射镜。

真空镀铝膜和多晶硅薄膜结合，就成为便宜轻巧的太阳能电池材料。

铝粉能保持银白色的光泽，常用来制作涂料，俗称银粉。

纯铝的导电性很好，仅次于银、铜，在电力工业上它可以代替部分铜作导线和电缆。

铝是热的良导体，在工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料和民用炊具等。

铝有良好的延展性，能够抽成细丝，轧制成各种铝制品，还可制成薄于0.01mm的铝箔，广泛地用于包装香烟、糖果等。

铝合金具有某些比纯铝更优良的性能，从而大大拓宽了铝的应用范围。

例如，纯铝较软，当铝中加入一定量的铜、镁、锰等金属，
强度可以大大提高，几乎相当于钢材，且密度较小，不易锈蚀，广泛用于飞机、汽车、火车、船舶、人造卫星、火箭的制造。

当温度降到-196℃时，有的钢脆如玻璃，而有些铝合金的强度和韧性反而有所提高，所以是便宜而轻巧的低温材料，可用来贮存火箭燃料液氧和液氢。

八、王水
王水是由浓HNO3与浓HCl的混合物。

实验室用浓HNO3与浓盐酸体积比为1∶3配制 HNO3+3HCl=2H2O+Cl2+NOCl
王水中含有硝酸、氯气和氯化亚硝酰等一系列强氧化剂，同时还有高浓度的氯离子，王水的氧化能力比硝酸强，一些不溶于硝酸的金属如金、铂等能被王水溶解，王水因此被称为“水”中之王。