封装技术对封装材料的发展有着巨大的带动作用。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,封装材料与封装技术之间存在相互促进、相互制约的关系。封装材料主要封装金属封装材料、高分子封装材料和其他封装材料。
在封装过程中,金属材料的使用较多,主要包括键合金属丝及焊接材料等
1. 键合线材。
集成电路引线键合可以实现集成电路芯片与封装外壳之间的连接。引线键合工艺中使用的导线主要有金线、铜线和铝线。
1) 金线
引线键合常用的导电线材料是金线。键合线是指纯度99.99%、线径18-50um的高纯度键合线。纯金键合线具有良好的抗拉强度和延伸率。使用键合线的主要问题是原材料昂贵,制造成本高。
2) 铜线
在半导体封装行业,由于金价飞涨,成本不断增加,因此寻找其他更合适的金属来替代金线材料。由于铜线导电性好、成本低、大允许电流高、高温稳定性好等优点,铜线逐渐被金线所取代。但是,铜线也有缺点。例如,铜线在高温下容易氧化,必须在保护气氛中进行键合;铜线的硬度高于其他电线。这使得企业在使用铜线材时总是面临缺陷率低、生产率低、可靠性差等问题。经过新型电子灭火、抗氧化工艺和减模工艺等新工艺的改进,可以使铜线键合更牢固、更稳定,铜线材料成为替代金线的佳键合材料。
3) 铝线
纯铝太软,很难拉成线材。一般添加1%的硅或1%的镁来提高强度。掺1%镁的铝线的强度和掺1%硅的铝线的强度相当。铝线是常温下可靠性高的单金属键合线,但不耐腐蚀,不能形成无气孔的一致球,只适用于楔形键合。
2.焊接材料
封装中常用的焊接材料是低熔点合金。在焊接过程中,被焊接表面之间形成冶金结合,起到机械支撑、导热和电连接的作用。
1) 锡铅焊料。
目前使用广泛的是锡铅(Sn-Pb)焊料。锡铅合金的熔点因成分而异。 63Sn/37Pb 是一种共晶合金,熔点为 183°C。共晶锡铅焊料因其熔点低、对铜、镍等金属的润湿性好而被广泛使用。
2) 无铅焊料
长期以来,锡铅合金作为电子行业的主要密封材料,一直主导着电子元器件的组装。但是,铅和铅化合物是剧毒物质,对人和牲畜都有剧毒。尤其是近年来,随着人们环保意识的增强和对自身健康的关注,铅污染越来越引起人们的关注。锡银铜基无铅焊料是新一代的代表性焊料,正在全球范围内使用。该合金优异的物理性能和高温稳定性使其成为各种无铅焊接工艺的焊料。