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 :

深圳市环芯半导体有限公司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。

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