语音芯片IC封装中Ag线和Cu线的比较

IC封装中Ag线和Cu线的比较，收录仅供学习了解使用，资料来源网络 :

语音芯片裸片开发网语音芯片主要封装打线材料为银合金线材料

尽管倒装芯片和一些其他的3D封装发展迅猛，线键合仍是IC封装中最常用的互连手段。作为线键合产业中主要的装配材料，金线因其高导电率和极佳的可焊性长期以来一直用于存储器件中。但Au的价格是10年前的5倍以上（图1）。

Cu线是现今降低引线成本最普遍的解决方法。不过，高硬度限制了它的应用。比较之下，Ag线的硬度与Au线更为相似，它将有利于减少焊盘的损伤。此外，Ag的价格比Au低得多（见图2），这对节约成本有重大影响。但Ag-Al系界面腐蚀意味着对可靠性有严重危害。幸好，合金化Ag线技术的开发提高了可靠性性能。所以，Ag合金线可为Au线的另一个替代品，特别是用于易碎的焊盘结构。
本文给出了镀Pa铜线（表面强化的铜线）和Ag合金线的研究结果。在存储器件上比较了可键合性。在可靠性评估中，主要用uHAST（85%RH，130℃）和HTS（150℃）测试。依据可靠性失效情况，调整Ag合金线的组分。

实验步骤
与LSI比较，存储器件的Al厚度一般较薄，它对线键合工艺更敏感，所以选一种存储器件作为本实验的目标器件。封装结构如图3所示。
首先，根据参数窗口、焊球形状、Al溅出、线拉力测试、焊盘裂缝及电测试良率比较镀Pa Cu线和Ag合金线的键合能力。这二种引线的直径为23μm。二种线均用N2作为保护气体。图4是线拉力测试情况。
第二部分中，重点是Ag合金线的可靠性性能，特别是uHAST（85%RH，130℃）和HTS（150℃）测试。用FIB、TEM和EDS检查Ag-Al界面和IMC特性。在最后一部分中，调整Ag合金线的成分提高可靠性性能。


结果
线键合工艺比较
如表1所示，比较了Ag合金线、镀Pa Cu线和4N金线的硬度。Cu线的FAB硬度最高，比4N金线高约50%。而Ag合金线的FAB硬度仅比4N金线高10%左右。

根据不同的FAB和线硬度，比较了球焊点接合性和针脚式焊点（stitch bond）性能。
（A）球键合能力
在同一存储器件上采用Ag合金线和镀Pa Cu线。线键合实验和球拉力测试后，得到的参数见图5。Cu线的超声功率（US Power）和力均比Ag合金线高得多。其他方面，Ag合金线的参数范围比Cu线大。焊球拉力测试结果见表2，其中，Cu线的结果比Ag合金线高，因为断裂负载较高。
表3中比较了焊球形状及Al溅出。调整参数后，二种线的焊球形状被控制得很好。但Cu线的Al溅出大得多，这有可能造成线短路失效的风险。



此外，由于二种线的硬度均比Au线高，焊盘损伤应是此评估中的主要风险点。键合后的焊盘界面用KOH腐蚀。比较结果见表4。在键合参数窗口内，所有Ag合金线的焊盘是平滑而完整的。不过，在Cu线的焊盘观测到弧坑问题，见表4。

（B）针脚式接合性（stitch bondability）
随着引线硬度的增加，在替代Au引线时必须保证二次针脚式接合性。观测并比较了参数窗口、针脚形状和针脚拉力测试。
图6说明了Cu线和Ag合金线的二次针脚键合次数。Cu线的超声功率和力均比Ag合金线高得多。Ag合金线的参数范围也比镀Pa Cu线大。
表5比较了二次针脚键合的形状和残余拉力（pull residue），全部可加以控制。Cu线的针脚拉力值比Ag合金线高，这是由Cu线较高的断裂负载引起的。

来源网络：https://moore.live/news/109156/detail/