广东爱晟电子科技有限公司生产的NTC热敏芯片，具有高精度（精度可达±0.5%、±1%。±2%、±3%）、快速反应、小体积（最小尺寸可达0.3*0.3mm）等特点，被广泛应用于红外热电堆、IGBT模块、半导体模块、集成模块等。在模块封装环节里，引线键合是一个重要环节，它是通过超声焊、热压焊等方式形成引线与NTC热敏芯片之间的连接。

一般情况下，金会作为主要的引线材料用于集成电路的键合。但目前，铜丝键合已经替代金丝键合占据了主要市场（2017年，铜丝键合的市场份额已达到22%），银丝键合的市场份额也在增加（2017年，银丝键合的市场份额达到11%），并且这一变化仍在持续。

一、铜丝键合

从2008年开始，铜丝键合就逐渐发展起来，呈现出取代金丝键合的趋势。越来越多的半导体工厂，都已成功地在多数集成电路中采用铜丝来替代金丝，用于热敏芯片的键合。铜丝键合的工艺要求比金丝键合要严格得多，其包括未键合铜丝存储、键合时保护气氛控制、铜球形成形状、金属间化合物（IMC，Intermetallic Compound）生成等。虽然铜丝成本大概是金丝的20%，但是其工艺的附加成本更高一些。例如，铜丝不易形成金属间化合物，铝焊盘厚度至少为0.8μm，键合时的压力比金丝大30%，容易导致焊盘脱落、形成弹坑或者介质破裂等。为了解决上述问题，提高铜丝键合的可靠性，大部分工厂会采取增加通孔改善焊盘结构、采用更高的超声频率等方法。

在高温存储试验中，铜-铝键合金属间化合物的生长速度要比金-铝键合慢，这就表明铜-铝键合变化缓慢，其键合强度不易发生变化。而在高温下，金-铝键合的金属间化合物的生长速度快，总是伴随柯肯达尔空洞的产生，导致键合强度降低。单从这个角度看，铜丝键合可靠性要高一些。但在高湿度存储试验中，铜铝键合的金属间化合物容易受到塑封料中卤素（如氯Cl，溴Br）的化学腐蚀或者电化学腐蚀，使铜-铝金属间化合物转变为铜、铝的氧化物。

二、银丝键合

基于银层的铝线键合早在1970年已被发明，其主要采用楔形焊进行NTC热敏芯片的键合，即第二焊点的主要键合方式。但银丝键合在铝金属化上则是近10多年来的事，其市场份额从无到有，再到2017年时占据11%左右份额，仅次于金丝、铜丝键合。在2012年前后，银丝键合不仅被应用于动态随机存取存储器（DRAM，Dynamic Random Access Memory）封装、薄型小尺寸封装（TSOP，Thin Small Outline Package），还开始被应用于数字逻辑电路（DLC，Digital Logic Circuit）。一方面，银丝成本比金丝低；另一方面，银丝的工艺窗口要宽于铜丝，并且可以进行反向键合（Reverse bonding），这使得银丝键合被广泛应用于薄键合焊盘、易裂键合焊盘以及焊盘与焊盘连接。

然而，在短波范围内，银丝有着较高的反射率，机械性能相对较差，且更为重要的可靠性问题是银-铝接触位置的腐蚀。银丝材料的主要成分有几种类型，包括纯银、含钯（Pd）或金（Au）的合金（银含量小于90%），主流的银丝键合银的含量为88%Ag，剩余为Pd和Au；采用合金是因为银和铝的扩散速度差异大，Pd可以减缓金属间化合物的生长速度。目前，为了进一步降低成本，95%Ag合金的银丝也开始使用，这使银丝的成本比铜丝要低一些（最大约5%）。

银丝键合的评价方式有两种——高温储存试验（High Temperature Storage，HTS，通常温度超过150℃）和湿度贮存试验（Humidity Storage）。除了常用的85℃/85%RH外，也有采用各种强加速应力测试试验（highly accelerated stress test）、高压蒸煮试验（Pressure Cooker Test，PCT）等评价方法。

高温储存试验采用150℃/1000h或者200℃/250h的高温老化条件，通过对不同银丝（银纯度为88%~99%）进行试验，在150℃~200℃温度范围并不足以使银-铝键合产生明显退化，其电学特性良好且金属间化合物相位没有明显改变，也没有产生明显的柯肯德尔空洞，这些表现要比金丝键合好。

三、不同键合引线材料的比对

在金丝、银丝、铜丝三种材料中，金最软，因此键合力最小，这样不容易损伤焊盘；铜丝最硬，因此，铜丝键合工艺需要进行参数优化，保证既能够形成金属间化合物，又不损伤焊盘；银丝的硬度则介于两者之间。

实际上，在整个键合系统中，阻抗最大的是金属间化合物，而非引线本身。铜丝键合的金属间化合物（Cu₉Al₄, Cu₃Al₂），其电阻率为13~15（10~8Ω·m），银丝的金属间化合物（Ag₃Al, Ag₂Al）电阻率为10（10~8Ω·m），综合下来看，银丝键合阻抗只比铜丝键合高10%~20%。

广东爱晟电子科技有限公司研发生产的高精度NTC热敏芯片，适用于键合，可根据客户要求定做特殊规格。

参考数据：

微信公众号 赛宝可靠性《铜丝、银丝键合的发展及其可靠性》