高可靠性键合铜线-MaxsoftHR介绍

      在半导体传统封装领域,一直以来都是以键合金线为主。但随着近些年来黄金价格的不断上涨,为了降低材料成本,更多客户选择使用低成本的材料来代替金线。早期是以纯铜线为主,但纯铜线在使用过程中存在着一些应用问题,例如容易氧化、二焊点工艺窗口小、可靠性较差等问题。后来,随着镀钯铜线的成功研发,在更多领域里取代了纯铜线的应用。但是镀钯铜线仍然使用了钯和金等贵金属,这限制了其价格的进一步降低。市场迫切需要满足高可靠性要求但成本更低的键合线产品。为此,贺利氏推出了高可靠性的合金铜线MaxsoftHR。

      MaxsoftHR的铜含量是99%,剩余部分为其它微量元素的掺杂,这款产品既可以改善纯铜线在应用方面的不足,同时成本方面会比钯铜线更有优势。以下会围绕着产品的作业性、可靠性等几大方面给大家详细介绍。

      在介绍这款产品之前,我们先来了解一下不同材料与铝焊盘结合后的可靠性表现,不难看出如果我们要提升铜线的可靠性,一定要提升材料的抗腐蚀能力。

图表1. 可靠性表现汇总

       1.第一焊点球型对比,传统纯铜线由于其晶粒结构的不均匀,经常会出现一些不规则球形,由于MaxsoftHR经过微量掺杂元素的改善,使其晶粒结构的均一性非常好,从而球形非常圆,特别适合小间距产品的应用。

图表2. FAB晶粒结构及第一焊点球形对比

      2. 第一焊点对Pad的冲击对比,结果显示MaxsoftHR出现弹坑的比例低于钯铜线,基本与纯铜线保持一致,所以,如果客户在使用钯铜线容易有弹坑的情况下,可以考虑使用这款铜线。

图表3弹坑标准及结果

      3. 第二焊点工艺窗口对比,MaxsoftHR 工艺窗口比较宽泛,远大于传统的纯铜线,其窗口大小与钯铜线相当,只是没有完全重合,所以在替换钯铜线时需要调整二焊点参数;二焊点的拉力值介于纯铜线与钯铜线之间。

图表4. 第二焊点工艺窗口及拉力值对比

      4. 可靠性方面,MaxsoftHR含有特殊的掺杂元素,使其表面会形成一层薄薄的钝化层,从而提升了抵抗有害物质腐蚀的能力,参考图表6;此外,腐蚀的发生通常会沿着晶界展开,如果晶界变得更细小、更致密,同样会提升抗腐蚀的能力,MaxsoftHR的晶界就有此类特征,所以,抗腐蚀的能力会显著提升。

图表5.材料表面形成钝化层

图表6. 晶界腐蚀

      以下是0.7mil线径,客户端的可靠性测试结果汇总,可以看出MaxsoftHR这款线是能满足汽车电子的可靠性要求。

图表7. MaxsoftHR可靠性结果汇总

      5. 其它物理特性及电特性与金线、银合金及铜线的对比,这里汇总了材料的关键性能指标,其中包括导电阻率与4N铜线相当,FAB硬度低于钯铜线,打开真空包装后的使用寿命是10天等。

图表8.物理及电特性对比表

      ✔出色的可靠性表现,可以满足车规级产品的需求。

      ✔改善了纯铜线的焊接性/作业性。

      ✔打开真空包装后的使用寿命是10天。

      ✔成本低于钯铜线。