键合材料之铜代替金
2011-11-27 11:01:57   来源：微迷   评论：0   点击：

封装模式在发展，封装所用的材料也在进步。在半导体封装工艺过程中较为关键的一个步骤就是引线键合工艺，也就是把芯片电极面朝上粘贴在封装基座上，用金属丝将芯片电极（Pad）与引线框架上对应的电极（Lead）通过焊接的方法连接的过程。引线键合的目的是把半导体芯片和外部封装框架电气导通，以确保电信号传递的畅通。键合的焊接方式有热压焊、超声焊和金丝球焊三种。其中最具代笔性的是金丝球焊。其主要的流程是将底座加热到300摄氏度，把金丝穿过陶瓷或者红宝石劈刀中毛细管，  用氢气火焰将金丝端头烧成球后再用劈刀将金丝球压在电极上实现焊接键合。

图1 键合工艺详细流程

金属导线材料的选择会影响到焊接质量、器材可靠性等方面。  理想的材料应该达到下面的性能要求：可与半导体材料形成良好的接触，化学性能稳定，与半导体材料间有很强的结合力，导电性能良好，容易焊接，在键合过程中可以保持一定的形状。黄金作为一种金属，它化学性能稳定，导电性能好，延展性能优异，容易加工成丝，因此成为键合的首选材料。由于其优异的性能，目前半导体封装行业大多是采用金线键合。

图2 重要封装用金属特性比较

但是由于黄金作为贵重金属，具有明显的稀缺性，价格昂贵，导致封装成本高。随着封装技术的发展，铜丝价格低廉，机械、电子、热学性能优异，因此被认为是金丝最好的替代品。  与金丝键合工艺相比，采用铜丝键合在工艺上存在几个主要的问题。首先是铜丝容易氧化，氧化后焊接难度大；第二是铜丝硬度高，在键合过程中容易对芯片形成损伤；第三是形球过程中铜球表面容易形成铜氧化物；最后在封装后铜丝容易受到塑封材料中卤化物的腐蚀。

随着世界黄金价格的不断上涨，以及对铜丝物理、化学特性的实验改进，在高密度封装要求以及半导体制造业成本的多重压力之下，铜丝键合工艺面临新的机遇。铜丝成本不到金丝成本的30%，这是绝对优势，也是推动工艺不断进步的最大动力。铜丝键合是目前半导体行业重点发展的一项新焊接技术，许多世界级半导体企业纷纷投入开发这种工艺。

根据2010年1月SEMI公布的铜引线键合的调查，有41％的半导体厂商使用铜引线键合。在铜引线键合的购买比例中，台湾占到全球的39％，菲律宾占到全球的18％，日本占3％。铜引线键合的先行者—台湾日月光ASE表示，“采用铜引线键合的封装供货量截至2010年9月累计达到了10亿个，实现了不亚于金线的质量”。另外，台湾日月光集团预计2010 年底的累计供货量将达到20亿个，2010年底之前将购买4000台铜引线键合装置。  从日月光ASE 2010年第一季、第二季的财报上就可以明显看出铜引线键合所带来的毛利率提升效应，第二季单季获利大增36%，表现优于预期。日月光ASE预计在2010年，铜引线键合芯片的出货量将超过传统的金丝键合芯片。

在封装行业内，对于在采用铜引线键合技术较为领先的企业，在二级市场估值上往往享受一定的溢价。参照同在台湾市场的日月光ASE和矽品SPIL，我们可以发现市场对日月光ASE 的认可度好于矽品SPIL，给予日月光ASE 一定的估值优惠。我们理解这是市场对于日月光ASE 在铜引线键合技术方面的领先的一种肯定。

图3 日月光ASE对矽品SPIL市盈率之溢价