金线和铜线的差别
铜线与金线的对比

Disadvantage
Pad peeling
NSOL Short tail
Forming gas Parameter sensitive
Storage lifetime
Crater Oxidation
Pad Splash
Ball sias choosen
焊垫铝层 >0.8um
6
1. Storage lifetime
开封后 铜线开封后纯铜3天,铜钯线7天. 金线超过3天需回收,使用期限1年. Special control at WB. 开封前 无尘室条件为相对湿度 40~60 %,温度 22+/-3 oC.金线于库房储存区域条件 为相对湿度 80%以下,温度 30℃以下.铜线于库房储存区域条件为相对湿度 30~65%,温度20~26℃.金线使用期限为一年,纯铜线及镀钯铜线使用期 限为半年.
7
1. 2nd bond defect
1.NSOL 2.Short tail 3.Tail incomplete Improve action : Parameter / copper wire / LF status
8
1. Oxidation
Add forming gas.
9
1. 1st bond defect
Both the 90N2/10H2 and 95N2/5H2 gas mixtures had comparable results in terms of average ball shear and average wire pull (Figure below). The 95N2/5H2 mixture was chosen as the optimum gas mixture for the copper bonding process, since it is safer (has lesser hydrogen content) and is a standard . Ball shear compare
金线之间的区别

银合金线:主要成份以银为主,颜色白亮。
优点为线材较软,垫片无需铝层加厚;价格比金线及合金线低,比铜线高,具体报价目前还不十分明确。但缺点众多:烧球较难成形,产量低。银线和铜线都不太储放(铜线须密封,且储存期短,银线也需密封,否则容易出现氧化。目前应用的客户实例较少。"
3、打线时用到氮氢混合保护气体,需用到氢气H2,增加了一定的危险性;
4、可能需要铝层加厚;这又是一个材料成本考虑的问题。
5、对部分低端封装形式及对产品要求不高的市场,铜线应该可以进行使用,不是大问题,但是用到中高端封装来说,目前还未搜索到相关的实际应用资料,有待铜线技术的不断改进
6、打线后,基本上无弧线。"
铜线:包括单晶铜线及镀钯铜线
1、硬度较大,机台参数调节变化较大,要掌握的细则较多,工艺流程根据封装形式可能会改变;
2、价格低,铜线价格优势比较明显。具体的成本节省要看综合的UPH(产能)及良率论定,基本来讲应用UPH会比金线下降20%,良率会下降,另外电耗能及设备损耗会增加,具体效益就要综合考虑一下了。
金线和铜线的差别

铜线和金线的优缺点 1 引言丝球焊是引线键合中最具代表性的焊接技术,它是在一定的温度下,作用键合工具劈刀的压力,并加载超声振动,将引线一端键合在IC芯片的金属法层上,另一端键合到引线框架上或PCB便的焊盘上,实现芯片内部电路与外围电路的电连接,由于丝球焊操作方便、灵活、而且焊点牢固,压点面积大(为金属丝直径的-3倍),又无方向性,故可实现高速自动化焊接[1]。
丝球焊广泛采用金引线,金丝具有电导率大、耐腐蚀、韧性好等优点,广泛应用于集成电路,铝丝由于存在形球非常困难等问题,只能采用楔键合,主要应用在功率器件、微波器件和光电器件,随着高密度封装的发展,金丝球焊的缺点将日益突出,同时微电子行业为降低成本、提高可靠性,必将寻求工艺性能好、价格低廉的金属材料来代替价格昂贵的金,众多研究结果表明铜是金的最佳替代品[2-6]。
铜丝球焊具有很多优势:(1)价格优势:引线键合中使用的各种规格的铜丝,其成本只有金丝的1/3-1/10。
(2)电学性能和热学性能:铜的电导率为(μΩ/cm)-1,比金的电导率[(μΩ/cm)-1]大,同时铜的热导率也高于金,因此在直径相同的条件下铜丝可以承载更大电流,使得铜引线不仅用于功率器件中,也应用于更小直径引线以适应高密度集成电路封装;(3)机械性能:铜引线相对金引线的高刚度使得其更适合细小引线键合;(4)焊点金属间化合物:对于金引线键合到铝金属化焊盘,对界面组织的显微结构及界面氧化过程研究较多,其中最让人们关心的是"紫斑"(AuAl2)和"白斑"(Au2Al)问题,并且因Au和Al两种元素的扩散速率不同,导致界面处形成柯肯德尔孔洞以及裂纹。
降低了焊点力学性能和电学性能[7,8],对于铜引线键合到铝金属化焊盘,研究的相对较少,Hyoung -Joon Kim等人[9]认为在同等条件下,Cu/Al界面的金属间化合物生长速度比Au/Al界面的慢10倍,因此,铜丝球焊焊点的可靠性要高于金丝球焊焊点。
引线键合技术

引线键合技术
引线键合技术是一种微电子制造中常用的连接技术,其主要原理是通过高温、高压下将金属线与芯片内部电路连接起来。
这种技术具有高可靠性、高密度、低成本等优点,已经成为现代电子制造领域中不可或缺的一部分。
引线键合技术主要分为金线键合和铜线键合两种。
其中,金线键合适用于高端芯片,其使用金属线作为连接材料,可以实现更高的导电性能和更好的耐腐蚀性。
而铜线键合则适用于低端芯片,其使用铜线作为连接材料,成本更低,但相对导电性能和耐腐蚀性略有不足。
引线键合技术的发展是电子制造业不断进步的重要标志。
随着科技的不断发展,引线键合技术也在不断升级,成为连接芯片和封装的主流技术之一。
未来,引线键合技术将会更加高效、智能化,为电子制造业的发展带来更大的推动力。
- 1 -。
铜线与金线在各方面的差异探讨

铜线与金线在各方面的差异探讨1引言丝球焊是引线键合中最具代表性的焊接技术,它是在一定的温度下,作用键合工具劈刀的压力,并加载超声振动,将引线一端键合在IC芯片的金属法层上,另一端键合到引线框架上或PCB便的焊盘上,实现芯片内部电路与外围电路的电连接,由于丝球焊操作方便、灵活、而且焊点牢固,压点面积大(为金属丝直径的2.5-3倍),又无方向性,故可实现高速自动化焊接[1]。
丝球焊广泛采用金引线,金丝具有电导率大、耐腐蚀、韧性好等优点,广泛应用于集成电路,铝丝由于存在形球非常困难等问题,只能采用楔键合,主要应用在功率器件、微波器件和光电器件,随着高密度封装的发展,金丝球焊的缺点将日益突出,同时微电子行业为降低成本、提高可靠性,必将寻求工艺性能好、价格低廉的金属材料来代替价格昂贵的金,众多研究结果表明铜是金的最佳替代品[2-6]。
铜丝球焊具有很多优势:(1)价格优势:引线键合中使用的各种规格的铜丝,其成本只有金丝的1/3-1/10。
(2)电学性能和热学性能:铜的电导率为0.62(μΩ/cm)-1,比金的电导率[0.42(μΩ/cm)-1]大,同时铜的热导率也高于金,因此在直径相同的条件下铜丝可以承载更大电流,使得铜引线不仅用于功率器件中,也应用于更小直径引线以适应高密度集成电路封装;(3)机械性能:铜引线相对金引线的高刚度使得其更适合细小引线键合;(4)焊点金属间化合物:对于金引线键合到铝金属化焊盘,对界面组织的显微结构及界面氧化过程研究较多,其中最让人们关心的是"紫斑"(AuAl2)和"白斑"(Au2Al)问题,并且因Au和Al两种元素的扩散速率不同,导致界面处形成柯肯德尔孔洞以及裂纹。
降低了焊点力学性能和电学性能[7,8],对于铜引线键合到铝金属化焊盘,研究的相对较少,Hyoung-JoonKim等人[9]认为在同等条件下,Cu/Al界面的金属间化合物生长速度比Au/Al界面的慢10倍,因此,铜丝球焊焊点的可靠性要高于金丝球焊焊点。
键合金丝用途介绍

键合金丝用途介绍1. 引言键合金丝是一种用于电子封装技术中的关键材料,广泛应用于半导体芯片的制造过程中。
本文将详细介绍键合金丝的定义、分类、特性以及在电子封装中的主要用途。
2. 键合金丝的定义和分类键合金丝,又称焊线或焊丝,是一种用于芯片封装过程中连接芯片与封装基板之间的关键材料。
根据不同的材质和制造工艺,键合金丝可以分为以下几类:2.1 铜线铜线是最常见和广泛使用的键合金丝之一。
它具有良好的导电性能和可焊性,适用于大多数晶圆制造工艺。
铜线通常分为纯铜线和镀铜线两种类型。
2.2 金线金线是一种高档次的键合金丝材料,具有优异的导电性能和可靠性能。
由于其昂贵的成本,金线主要应用于高端芯片制造领域,如高频射频芯片、光通信芯片等。
2.3 铝线铝线是一种低成本的键合金丝,适用于一些对导电性能要求不高的应用场景。
然而,铝线的可靠性相对较差,容易受到氧化和应力影响。
2.4 其他材料除了铜、金、铝之外,还有一些特殊材料的键合金丝被广泛使用,如合金线、镍线等。
这些特殊材料的键合金丝通常具有特定的物理和化学性质,以满足某些特殊应用领域的需求。
3. 键合金丝的特性键合金丝作为芯片封装中的重要材料,具有以下主要特性:3.1 导电性能键合金丝需要具备良好的导电性能,以确保信号传输的可靠性和稳定性。
不同材质的键合金丝在导电性能上有所差异。
3.2 可焊接性键合金丝需要具备良好的可焊接性,以确保与芯片引脚或封装基板之间形成可靠连接。
不同材质和直径的键合金丝在可焊接性上也有所差异。
3.3 可靠性键合金丝需要具备良好的可靠性,能够承受温度、湿度、机械应力等环境因素的影响,保持连接稳定并不易断裂。
3.4 尺寸和直径键合金丝的尺寸和直径对于芯片封装工艺至关重要。
不同封装工艺和应用场景需要选择适当直径和长度的键合金丝。
4. 键合金丝在电子封装中的主要用途键合金丝在电子封装中有多种重要用途,下面将详细介绍其中几个主要应用:4.1 芯片与引脚连接键合金丝被广泛应用于芯片与引脚之间的连接,通过焊接或压力焊等方式实现芯片与封装基板之间的电气连接。
铝线,银线,铜线,金线

金线: 使用最广泛,传导效率最好但是价格也最贵,近年来已有被铜线所取代铝线: 多半用在功率型组件的封装, 线径较粗有5mil ~ 20mil ,在分立器件上因为功率的原因也会长期占据市场;比如济南晶恒,规模也比较大,用铝线效益也很好;铜线: 由于金价飞涨, 近年大多数封装厂积极开发铜线制程降低成本,铜线在制程中需要较多的能量才能BONDING 所以WAFER在制程中必须增加DIE PAD的厚度以避免PEELING,价格低,但是需加保护气体,钢性强因为铜的延展性问题,在细尺径的铜丝方面还有一定的技术难点。
再说某一程度是铜也不能100%取代金线.物理性上如果克服了铜的氧化及硬度的问题,金是比不上铜的. 而铜线线径在达到18um左右时存在严重缺陷,另外键合效率低也是不利因素之一,纯铜就是99.99%的铜,铜镀钯就是在99.99%的铜的外面镀一层钯.前者生产过程中是用混合气作为保护气体的,后者是用纯氮气做为保护气体的.银线: 特殊组件所使用目前为止,还没有纯银线,不过最近出来一种银的合金线,性能较铜线也好,价格比金线要低,也得用保护气体,对于中高端封装来说,不失为一个好选择。
1.银对可见光的反射率高达90%,居金属之冠,所以在LED应用有增光效果.2. 银对热的反射或排除也居金属之冠,因此可降低芯片温度延长LED 寿命.3. 银线的耐电流大于金和铜.(~105%)4. 银线比金线好管理,比较不会遗失(无形损耗降低),5.银线比铜线好储放(铜线须密封,且储存期短,银线不需密封, 储存期可达6~12个月)银合金线成份主要是以:银、金、钯再加一些微量金属元素组成。
它具有银的优良性质:导电性最佳;(导电性:银>金>铜)同时具有金的优良性质:伸展和延展性都比较好;(伸展和延展性:金>铜>银),同时具有钯的优良性质:抗氧化性(抗氧化性:钯>金>银>铜)导电性优列次序:银> 铜> 金> 铝导热性优略次序:银> 铜> 金> 铝金线:银线:易打不粘,滑球,断线铜线:硬度大,易氧化,烧球易出现高尔夫球和球形状不圆,通常要在焊线机台上加装95%氮加5%氢气的气枪金线:三种线当中最好的一种,有良好的延展和断裂特性,线弧较好,和CHIP的金焊垫和铝焊垫都有良好的结合性。
ACP金线与铜线对比分析报告

铜线在制成中的易出现的问题
7)耗材成本增加,打铜线的劈刀寿命相比金线通常会降低 一半甚至更多。同时增加了生产控制复杂程度和瓷嘴消耗 的成本; 8)相比金线焊接,除了打火杆(EFO)外,多了保护气输送 管,二者位置必须对准。这个直接影响良率。保护气体流 量精确控制,用多了成本增加,用少了缺陷率高; 9) 容易压坏芯片电极或者一焊滑球。造成测试低良率或 者客户抱怨; 10)打完线后出现氧化,没有标准判断风险,容易造成接 触不良,增加不良率;
单晶裸铜线和镀钯铜线的比较
单晶裸铜
1. 2.
3.
镀钯铜
1. -较长的储藏时间,开封后可存储7天, 使用期限半年。 2. -可以工作在纯氮气环境中,有较高 的安全系数 3. 进行环氧树脂封装时对环氧树脂阻 力小不易使线弧变形。
-在高端产品中较差的可靠性; -较短的储藏寿命;开封后可存 储3天,使用期限半年。 -必须工作在氮氢混合气体中; 可形成无氧化膜的圆球。
绿色科技
美化生活
金线与铜线对比
2014年4月4日
英特来光电科技
目录
1 2 3 4 5 6
金线与铜线基本概念
金线与铜线的性能比对 金线与铜线的优势与劣势 保护气体的应用
单晶裸铜线和镀钯铜线的比较 铜线在制成中的易出现的问题
绿色科技
美化生活
金线与铜线基本概念
金线:使用最广,传导效率最好但价格也最贵。为传统的封装线材, 可塑性和化学稳定性都比较好,在LED封装行业一直占据着绝对的主 导地位,并拥有最成熟的焊接工艺。
二:热学性能,热传导系数比较。 金的热传导系数为317 铜的热传导系数为410 另外金的受热膨胀系数为14.2,铜的17.7, 铜的导热性好但受热之后铜的膨胀较为明显。
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铜线和金线的优缺点 1 引言丝球焊是引线键合中最具代表性的焊接技术,它是在一定的温度下,作用键合工具劈刀的压力,并加载超声振动,将引线一端键合在IC芯片的金属法层上,另一端键合到引线框架上或PCB便的焊盘上,实现芯片内部电路与外围电路的电连接,由于丝球焊操作方便、灵活、而且焊点牢固,压点面积大(为金属丝直径的2.5-3倍),又无方向性,故可实现高速自动化焊接[1]。
丝球焊广泛采用金引线,金丝具有电导率大、耐腐蚀、韧性好等优点,广泛应用于集成电路,铝丝由于存在形球非常困难等问题,只能采用楔键合,主要应用在功率器件、微波器件和光电器件,随着高密度封装的发展,金丝球焊的缺点将日益突出,同时微电子行业为降低成本、提高可靠性,必将寻求工艺性能好、价格低廉的金属材料来代替价格昂贵的金,众多研究结果表明铜是金的最佳替代品[2-6]。
铜丝球焊具有很多优势:(1)价格优势:引线键合中使用的各种规格的铜丝,其成本只有金丝的1/3-1/10。
(2)电学性能和热学性能:铜的电导率为0.62(μΩ/cm)-1,比金的电导率[0.42(μΩ/cm)-1]大,同时铜的热导率也高于金,因此在直径相同的条件下铜丝可以承载更大电流,使得铜引线不仅用于功率器件中,也应用于更小直径引线以适应高密度集成电路封装;(3)机械性能:铜引线相对金引线的高刚度使得其更适合细小引线键合;(4)焊点金属间化合物:对于金引线键合到铝金属化焊盘,对界面组织的显微结构及界面氧化过程研究较多,其中最让人们关心的是"紫斑"(AuAl2)和"白斑"(Au2Al)问题,并且因Au和Al两种元素的扩散速率不同,导致界面处形成柯肯德尔孔洞以及裂纹。
降低了焊点力学性能和电学性能[7,8],对于铜引线键合到铝金属化焊盘,研究的相对较少,Hyoung-Joon Kim等人[9]认为在同等条件下,Cu/Al界面的金属间化合物生长速度比Au/Al界面的慢10倍,因此,铜丝球焊焊点的可靠性要高于金丝球焊焊点。
1992年8月,美国国家半导体公司开始将铜丝球焊技术正式运用在实际生产中去,但目前铜丝球焊所占引线键合的比例依然很少,主要是因此铜丝球焊技术面临着一些难点:(1)铜容易被氧化,键合工艺不稳定,(2)铜的硬度、屈服强度等物理参数高于金和铝。
键合时需要施加更大的超声能量和键合压力,因此容易对硅芯片造成损伤甚至是破坏。
本文采用热压超声键合的方法,分别实现Au引
线和Cu引线键合到Al-1%Si-0.5%Cu金属化焊盘,对比考察两种焊点在200℃老化过程中的界面组织演变情况,焊点力学性能变化规律,焊点剪切失效模式和拉伸失效模式,分析了焊点不同失效模式产生的原因及其和力学性能的相关关系。
2 试验材料及方法键合设备采用K&S公司生产的Nu-Tek丝球焊机,超声频率为120m赫兹,铜丝球焊时,增加了一套Copper Kit防氧化保护装置,为烧球过程和键合过程提供可靠的还原性气体保护(95%N25%H2),芯片焊盘为Al +1%Si+0.5%Cu金属化层,厚度为3μm。
引线性能如表1所示。
采用DOE实验对键合参数(主要为超声功率、键合时间、键合压力和预热温度四个参数)进行了优化,同时把能量施加方式做了改进,采用两阶段能量施加方法进行键合,首先在接触阶段(第一阶段),以较大的键合压力和较低的超声功率共同作用于金属球(FAB),使其发生较大的塑性变形,形成焊点的初步形貌;随之用较低的键合压力和较高超声功率来完成最后的连接过程(第二阶段),焊点界面结合强度主要取决于第二阶段,本文所采用的键合参数,如表2所示。
为加速焊点界面组织演变,在200℃下采用恒温老化炉进行老化实验,老化时间分别为n2天(n=1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11)。
为防止焊点在老化过程中被氧化,需要在老化过程中进行氮气保护。
焊点的横截面按照标准的制样过程进行制备。
但由于焊点的尺寸原因需要特别精心,首先采用树脂进行密封,在水砂纸上掩模到2000号精度,保证横截面在焊点正中,再采用1.0μm粒度的金刚石掩模剂在金丝绒专用布上抛光,HITACHIS-4700扫描电镜抓取了试样表面的被散射电子像,EDX分析界面组成成分。
剪切实验和拉伸实验是研究焊点力学性能和失效模式的主要实验方法,采用Royce 580测试仪对各种老化条件下的焊点进行剪切实验和拉伸实验,记录焊点的剪切断裂载荷和拉伸断裂载荷,剪切实验时,劈刀距离焊盘表面4μm,以5μm/s的速度沿水平方向推动焊点,Olympus STM6光学显微镜观察记录焊点失效模式,对于每个老化条件,分别48个焊点用于剪切实验和拉伸实验,以满足正态分布。
3 试验结果与分析 3.1 金、铜丝球焊焊点金属间化合物成长丝球焊是在一定的温度和压力下,超声作用很短时间内(一般为几十毫秒)完成,而且键合温度远没有达到金属熔点,原子互扩散来不及进行,因此在键合刚结束时很难形成金属间化合物,对焊点进行200℃老化,如图1所示。
金丝球焊焊点老化1天形成了约8μm厚的金属间化合物层,EDX成分分析表明
生成的金属间化合物为Au4Al为和Au5AL2,老化时间4天时出现了明显的Kirkendall空洞,铜丝球焊焊点生成金属间化合物的速率要比金丝球焊慢很多,如图2所示,在老化9天后没有发现明显的金属间化合物,在老化16天时,发现了很薄的Cu/Al金属间化合物层(由于Cu和Al在300℃以下固溶度非常小,因此认为生成的Cu/Al相是金属间化合物),图3显示了老化121天时其厚度也不超过1μm,没有出现kirkendall空洞。
在温度、压力等外界因素一定的情况下,影响两种元素生成金属间化合物速率的主要因素有晶格类型、原子尺寸、电负性、原子序数和结合能。
Cu和Au都是面心立方晶格,都为第IB族元素,而且结合能相近,但是Cu与Al原子尺寸差比Au与AL原子尺寸差大,Cu和AL 电负性差较小,导致Cu/Al生成金属间化合物比Au/Al生成金属间化合物慢。
3.2 金、铜丝球焊焊点剪切断裂载荷和失效模式图4显示了金、铜丝球焊第一焊点(球焊点)剪切断裂载荷老化时间的变化,可以看到,无论对于金球焊点还是铜球焊点,其剪切断裂载荷在很长一段时间内随老化时间增加而增加,随后剪切断裂载荷下降,这主要与不同老化阶段剪切失效模式不同有关,同时可以发现,铜球焊点具有比金球焊点更稳定的剪切断裂载荷,并且在未老化及老化一定时间内,铜球焊点的剪切断裂载荷比金球焊点好,老化时间增长后,铜球焊点剪切断裂载荷不如金球焊点,但此时金球焊点内部出现大量Kirkendall空洞及裂纹,导致其电气性能急剧下降,而铜球焊点没有出现空洞及裂纹,其电气性能较好。
对于金球焊点,剪切实验共发现了5种失效模式:完全剥离(沿球与铝层界面剥离)、金球残留、铝层断裂、球内断裂和弹坑,图5显示了金球焊点剪切失效模式随老化时间的变化,未老化时,Au/Al为还没有形成金属间化合物,剪切失效模式为完全剥离,由于Au/Al老化过程中很快生成金属间化合物,失效模式在老化初期马上发展为以铝层剥离为主:随后,铝层消耗完毕,老化中期失效模式以金球残留为主,此时断裂发生在金属间化合物与金球界面;老化100天以后金球内部断裂急剧增加,成为主要失效模式,导致剪切断裂载荷降低。
对于铜球焊点,剪切实验共发现了4种失效模式:完全剥离、铜球残留、铝层断裂和弹坑。
图6显示了铜球焊点剪切失效模式随老化时间的变化,由于铜球焊点200℃时生成金属间化合物很慢,因此其剪切失效模式在老化较长时间内以完全剥离为主:弹坑随老化进行逐渐增多,尤其老化81天后,应力型弹坑大量增加,导致剪切断裂载荷
下降,图7所示为弹坑数量随老化时间变化,需要说明的是弹坑包括应力型弹坑和剪切性弹坑,应力型弹坑为剪切实验之前就已经存在的**,而剪切型弹坑是由于接头连接强度高,在剪切实验过程中产生,因此只有应力型弹坑是导致剪切断裂载荷下降的原因,相对金球焊点,铜球焊点剪切出现弹坑较多,主要是因为铜丝球焊键合压力比金丝球焊大。
2.3 金、铜丝球焊拉伸断裂载荷和失效模式图8显示了金、铜丝球焊拉伸断裂载荷随老化时间的变化,金丝球焊拉伸断裂载荷随老化时间变化不大,拉伸断裂模式以第一焊点和中间引线断裂为主。
铜丝球焊拉伸断裂载荷随老化时间不断下降,由于铜的塑性比金差,而且铜丝球焊第二焊点键合压力比金丝球焊大很多,因此铜丝球焊第二焊点比金丝球焊变形损伤大,铜丝球焊拉伸时容易发生第二焊点断裂,第二焊点断裂又分为鱼尾处断裂(根部断裂)和焊点剥离(引线和焊盘界面剥离),如图9所示,铜丝球焊拉伸在老化初期为鱼尾处断裂,老化16天以后焊点剥离逐渐增多,主要是因为铜丝球焊老化过程中第二焊点被氧化,从而也导致拉伸断裂载荷下降。
4 结论(1)铜丝球焊焊点的金属间化合物生长速率比金丝球焊焊点慢得多,认为Cu与Al原子尺寸差Au与Al原子尺寸差大,Cu和Al电负性差较小是其本质原因。
(2)铜丝球焊焊点具有比金丝球焊焊点更稳定的剪切断裂载荷,并且在老化一定时间内铜丝球焊焊点表现出更好的力学性能。
(3)铜丝球焊焊点和金丝球焊焊点老化后的失效模式有较大差别。