汽车电子内部封装材料——高可靠性键合金线

来源：国际汽车设计及制造发布时间：2024-05-21 184

汽车制造材料与轻量化技术前沿

所谓“车规级元器件”需要通过AEC-Q认证，例如AEC-Q100适用于IC产品，AEC-Q101适用于分立器件，AEC-Q102适用于光电子器件等。

根据应用场景不同，半导体器件通常可以分为4大类：消费类电子、工业级电子、汽车电子、军工产品。目前市场上消费类电子及工业级电子以铜线或镀钯铜线、金钯铜线为主，汽车电子仍以金线为主。随着汽车市场的复苏尤其是新能源车市场的火热，对电子元器件的需求量也是与日俱增，对其可靠性要求也是越来越高。

所谓“车规级元器件”需要通过AEC-Q认证，例如AEC-Q100适用于IC产品，AEC-Q101适用于分立器件，AEC-Q102适用于光电子器件等。其中，AEC-Q100 又包含4个等级，G0最高，G3最低，以下表中列出了不同等级对应的具体可靠性项目及条件：

随着汽车电子器件对高可靠性的需求，相应对其内部的封装材料也提出了更高的要求。在此，我们就高可靠性金线的特性做一些分享，看其是如何满足高可靠性器件的需求。首先，我们先来了解一些金线的关键特性，其中一个非常关键的特性就是热影响区。

图 1. 金线的关键特性描述

热影响区，以下简称HAZ：在烧球的过程中高温会熔化金线形成FAB，在这一过程中热会沿着线的方向传导，使靠近FAB区域的这段金线的晶粒结构发生变化，变得粗大，线变软。这部分区域即为HAZ，长度通常在几十到几百微米。HAZ是金线非常重要的一个特性，它直接影响线材的线弧能力，通常HAZ越短的金线可以做的线弧高度更低，适合低弧、长弧应用。

从线材角度来讲，不同掺杂类型和含量会影响HAZ的长度。

图 2. 热影响区的描述

为何掺杂类型会影响HAZ的形成呢？主要原因是不同掺杂元素的再结晶温度不同，例如Ca掺杂会使球颈部的再结晶温度大于300°C以上。因此，即使是4N金线，由于掺杂类型的不同会存在不同长度的HAZ。

表 2. 不同型号的金线 HAZ 长度对比

以下表2中列出了HET部分金线型号HAZ的长度。通过以下数据可以看出，在不同FAB尺寸的条件下HAZ长度会略有差异，通常FAB尺寸大，HAZ会更长一些，其主要原因是在烧大球时，FAB需要更大的热量来融化线材，大热量会使球颈部变化更显著，会增加HAZ的长度。所以，如果在WB过程中出现了球颈部裂纹的问题，可以考虑适当减小烧球参数来改善颈部的强度。

表 3. 不同材料与 Al 结合后的可靠性表现

图 3.Au 与 Al IMC 形成柯肯达尔空洞（150℃ /1000h）

第一焊点：它的外形、硬度、合金元素等会影响与Pad表面的结合情况，尤其影响可靠性。

以下表3中是常用线材与Al Pad结合后的可靠性表现，其中Au/Al IMC生长速率较快，这主要取决于材料的原子价态、原子半径、扩散率等因素。如果一种原子比另外一种扩散的更快，它将在后面留下空缺，这些空缺聚集在一起就形成了柯肯达尔空洞，此类空洞连接到一起就会使球脱落，导致产品开路失效。

图3所示 Au/Al 150℃存储1000小时后IMC层照片，所以如果希望提升金线高温存储的能力，就需要延缓Au/Al IMC生长的速率。

图 4. FAB 硬度对比（15μm 线径，25μm FAB）

针对这种情况，HET高可靠性键合金线-RelMax可以解决，其金含量99%；拥有出色的第一焊点可靠性；无卤，适合框架类和基板类产品的应用；FAB软，同轴度较好，特别适合小间距产品；细线强度高，适合于降低线径的项目。
我们从FAB硬度、第一焊点球形、第二焊点工艺窗口、高温存储的能力等方面来全面了解一下这款金线。