超声波楔焊为什么优选铝线焊丝?

来源: | 作者:PanYunKJ | 发布时间: 2023-02-02 | 746 次浏览 | 分享到:
Al 合金丝至今变化不大,只是在一致性和重复性方面有所提高。

超声波楔焊用铝线

用于超声波引线键合的细铝线通常掺杂 1% 的硅以增加其强度(纯铝线太软而不能拉成细线直径尺寸)。这种铝合金丝从 1960 年代开始使用,并被证明具有令人满意的机械性能,因此 Al 合金丝至今变化不大,只是在一致性和重复性方面有所提高。


Si在500℃以下不能固溶,因此在Al丝中呈细小分散的粒子状态。这些颗粒在热处理过程中会长大,大颗粒会作为应力集中源(冒口),在器件的热循环过程中诱发裂纹。并导致Al灯丝断裂。然而,在实践中,Al 引线键合与 1% Si 已被证明在数十亿个设备中非常可靠。

含1%或0.5%Mg的Al合金丝在室温下为均匀固溶体。据此,这种Al线材应该已经是工业应用中非常不错的选择了。一些线材直径达到 250um (10mil)。这种 0.5% 镁铝线在厚引线互连中的使用仍然有限。

用于超声波楔焊的细Al线与线径相近的用于球形键合的Au线的机械性能差异很大。通常,供应的Al线处于去应力状态,这意味着它还没有完全退火(仅部分退火)。超声波粘合Al线的断裂力为12~21g(25um线径)。

含Si 1%,完全退火的AI丝,断裂力范围在4~7g左右,伸长率在10%左右。这种 AI 线太软,无法(有效地)实现与传统 IC 芯片的 Al 金属层的超声波键合。形状粘合。通常,25um线径铝丝的断裂力为14~16g,伸长率范围为0.5%~2%,与几十年前使用的铝丝相同。

选用低伸长率的Al线,方便第二个键合点完成后的线夹-拉-夹过程,而使用的高伸长率线在此过程中会被拉伸而不是折断,通常这会导致引线松弛-通过,导致绑定操作停止。

然而,可以使用专门设计的键合毛细管切断具有高伸长率的粗线,并且使用具有平行凹槽的倒V形毛细管头来限制键合的变形量。

因此,粗Al线即使完全退火,具有很高的伸长率,但仍能键合。大多数粗Al丝的成分为标准规定的99.99%,少数为含镁0.5%的Al丝。然而,已使用的 99.99% Al 焊丝含有约 50ppm 的 Ni 添加剂。如上所述,其目的是减少塑料封装中引线的腐蚀。 , 100% RH), 但该合金无细丝供应。

由于粗铝线通常与封装上的 Ni 层或器件上的 Al 焊盘键合,因此对 Au-Al 金属间化合物形成的任何可能影响在这里都不是问题。