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周巖 劉勁松 王松偉 彭庶瑤 彭曉飛

(沈陽理工大學 中國科學院金屬研究所師昌緒先進材料創新中心江西藍微電子科技有限公司)

摘要：

目前，鍵合銅絲因其價格低廉、具有優良的材料性能等特點正逐漸替代鍵合金絲廣泛應用于電子封裝領域。本文對當前市場上應用的金絲、銅絲、銀絲及鋁絲性能特點進行了分析對比，探討了以鍵合銅絲替代傳統鍵合絲材料的優勢；簡要介紹了銅絲材制備和鍵合過程的研究進展，并對鍵合銅絲的封裝失效形式進行了簡要分析；綜述了微合金化對鍵合銅絲服役性能的影響規律及機理；最后從市場需求及理論研究方面分析了鍵合銅絲市場的發展趨勢。

鍵合絲是集成電路封裝的基本材料之一。常用的鍵合絲材料包括金絲、銀絲、銅絲及鋁絲。 一直以來，鍵合金絲因其出色的力學性能和加工性能占據著電子封裝市場。 然而，隨著電子產品向高密度化、高速度化和小型化發展，芯片引腳數越來越多，布線間距越來越小，封裝厚度越來越薄，封裝體在基板上所占的面積越來越小，這就要求鍵合絲材料朝著低介電常數、高導熱、低成本的方向發展 [1] 。 近幾年，鍵合銅絲以其低廉的成本及較好的綜合性能已經開始占領電子封裝行業的中低端市場，主要用于二極管、三極管、集成電路、大規模集成電路等各種半導體器件中作為內引線 [2] 。 在無引腳封裝、小間距焊盤等高端產品領域， 鍵合銅絲也表現出良好的使用潛力。因此，國內外越來越多的科研人員投入到鍵合銅絲的研究中。本文根據相關專利及文獻，對鍵合銅絲的性能特點、服役情況及其微合金化改性研究進展等方面進行了綜述。

1 鍵合銅絲的性能特點

鍵合絲作為芯片與框架之間的引線，是半導體封裝的核心材料，起著實現芯片與外界電流、信號交互的重要作用。鍵合絲具有繁多的產品門類、復雜多變的應用場景以及較高的質量要求，使得其生產制造有一定的技術壁壘和工藝難度。

1.1 鍵合絲性能要求

鍵合絲的材質和線徑不僅決定著鍵合過程的形弧情況，而且對后續封裝厚度及器件的服役時間都有著十分重要的影響。因此，對于絲材的抗氧化性、導電、導熱性、可焊接性、可靠性都有著十分嚴格的要求。此外，還需考慮鍵合絲線徑的一致性及其放線性能是否順暢、絲材表面的光潔度以及絲線在溫度變化時的穩定性等。理想的鍵合絲材料應具備以下特點：能夠保證芯片與引線框架之間形成良好的鍵合；鍵合過程所需較小的鍵合溫度、鍵合力；化學性質相對穩定，盡量減少金屬間化合物的生成；可塑性好等。

傳統的鍵合絲材料有 Au 、 Ag 、 Al 、 Cu 。 4 種常見鍵合絲材的物理性質如表 1 所示。 Al 絲在鍵合過程中，可與芯片鋁膜電極形成 Al-Al 系統，因此不存在金屬間化合物對焊接性能造成影響，但其拉伸強度及耐熱性差，易導致塌絲問題且在鍵合過程中成球性差，不易焊接等缺點使其應用空間大大受限。 Ag絲有著優異的導電導熱性能，并且在鍵合過程中不需要保護氣體，可 Ag 具有極高的電敏感性，在高密度鍵合的過程中易出現塌絲以及 Ag + 遷移現象，此外 Ag 的延展性差，高溫下易氧化，不易加工成符合規格的鍵合絲。 Au 絲具有極佳的機械性能、良好的焊接接合性能、穩定的化學性能以及耐腐蝕性，但 Au絲在鍵合過程中易形成紫斑 (AuAl 2 ) 和白斑 (Au 2 Al),導致界面處形成柯肯德爾空洞以及裂紋，從而影響焊接強度。值得注意的是， Au 絲的價格成本大約是Cu 絲的 70 倍左右，而 Cu 絲具有比 Au 絲更優異的導電和導熱性能，抗拉強度也更優于 Au 絲和 Al絲， Cu 絲也具有相當好的焊接性能。采用 Cu 作為引線框架材料時，也不會形成金屬間化合物，因而Cu 絲也是目前替代傳統鍵合絲材料的最佳選擇 [3-5] 。

1.2 鍵合銅絲性能優勢

除了以更加低廉的價格優勢大幅降低了器件的制造成本，吸引更多廠商及研究人員的關注外，鍵合銅絲本身也具有非常優良的材料性能，使其近年來能夠在電子封裝等領域具有非常高的市場占有率。鍵合銅絲的性能優勢主要表現在以下幾個方面：

(1) 較高的伸長率和破斷力鍵合銅絲優良的力學性能， 主要體現在其具有較高的伸長率和破斷力，二者對引線鍵合的質量起著十分重要的作用。高破斷力代表銅絲能夠抵抗更高的應力，而較高的延伸率能使銅絲在鍵合過程中具有更好的成弧形，避免塌絲現象，進而提高器件的可靠性 [6] 。 此外，在滿足相同焊接強度的情況下， 可采用直徑更細的銅絲代替金絲，使引線鍵合的間距更小，進而滿足對集成度要求更高的器件的生產。

(2) 較高的導電導熱率曹軍 [7] 研究表明，銅鍵合絲具有良好的導電、導熱性能，用銅線替代金線和鋁線可縮小焊接間距，提高芯片頻率和可靠性。銅的電導率大約是金的 1.33 倍， 在承受相同的電流時，銅絲采用更細的絲線便可達到要求。對于芯片來說，散熱能力是非常重要的指標。 銅的導熱率也比金高出 20% 左右，減小焊絲直徑更有利于銅絲散熱。 而且銅絲具有比金絲更高的熱膨脹系數，其焊點應力自然也較低，降低了后期焊點頸部斷裂的可能性，提高了器件的可靠性。此外，直徑更加細小的絲線可以在微間距封裝中提高功率調節器件的電流容量和性能，還能降低由于寄生電容引起的信號串擾，提高傳輸速度。因此，銅鍵合絲更適合用于高端、引線數量更大、焊接尺寸更小的元器件封裝 [8] 。

(3) 較慢的金屬間化合物生長速度在鍵合過程中， 影響焊接成型以及焊接可靠性的一個關鍵因素是焊絲與金屬化層之間的金屬間化合物 (inter-metallic compound, IMC) 的增長速率，一定含量的金屬間化合物可以增加鍵合時的結合強度，但 IMC 生長速度較快時，易形成肯德爾空洞以及裂紋，嚴重影響器件的可靠性。鍵合時，焊絲與金屬化層的擴散速率越低，使得接觸電阻越低，金屬間化合物的增長速度就越低，產生的熱量就少，從而提升鍵合強度，并最終提高焊接可靠性 [9] 。

銅絲與金絲焊點相比，銅絲焊點中的金屬間化合物生長速度顯著減小。使得產熱減少，更進一步提高了器件的可靠性。瑞典 Ainouz 等 [10] 研究了銅線作為互連材料在半導體封裝中的性能。研究表明，銅在鍵合過程的匹配性及可靠性要更優于金絲和鋁絲。

2 鍵合銅絲的研究現狀

2.1 銅絲制備過程的研究進展

傳統鍵合絲在生產過程中需要經過拉鑄、拉拔以及退火等工藝，通過拉鑄將金屬熔成棒材，再經過多道次的拉拔將其拉成絲狀，拉拔后進行退火，以消除鍵合絲的內應力，避免絲材發生扭轉、彎曲等情況， 也可進一步對絲材的機械性能進行調整，最后根據產品要求，進行繞線以及產品檢驗。 目前，在拉制鍵合銅絲時，對銅絲的斷線率、表面質量都有著十分嚴格的要求。 在鍵合銅絲的制備過程中經多道次的拉拔易發生斷線情況，致使單盤產品無法滿足要求，造成浪費。拉拔后銅絲的表面質量若不達標， 會使銅絲在后續的鍵合過程中成球性差，導致焊接強度嚴重降低。

由于銅鍵合絲的線徑較細，在拉拔過程中對坯料中的雜質含量比較敏感，坯料內部的雜質微粒及缺陷會造成絲線組織性能的不均勻，嚴重時便發生斷裂。胡立杰 [11] 提出，為防止在拉拔細絲過程中晶界出現斷裂從而影響銅材的傳導性能，可采用真空熔煉氬氣保護熱型連鑄設備制備的單晶桿銅，因其具有致密的定向凝固組織，解決了氣孔、橫向晶界等缺陷，此外其結晶方向和拉拔方向相同，可以承受更大的塑性變形。曹軍等 [12] 針對單晶桿銅拉制鍵合銅絲的成分及斷口形貌進行了分析， 發現拉拔時，控制力不均會引起線材的局部應力變化，從而造成斷線。在拉制過程中保持控制力穩定、避免對絲材表面造成損傷，并在成品拉絲前進行去應力退火能夠大大降低斷線率。

2.2 銅絲鍵合過程的研究進展

目前，絕大多數銅絲的鍵合方式均采用引線鍵合。引線鍵合技術的關鍵就是通過金屬絲借助熱、壓力、超聲波使芯片上的引線與底座外引線連接起來，進而實現芯片與基板間信息交互，鍵合后效果圖如圖 1 所示。 由于引線鍵合具有低成本、可靠性高、產量高、適用多種封裝形式等優點而占據了目前封裝管腳行業約 90% 的市場份額 [13] 。

按照鍵合條件及工藝的不同，引線鍵合技術又可分為熱壓鍵合、超聲鍵合和熱超聲鍵合 [14] ， 3 種鍵合方式性能對比如表 2 所示。 熱壓鍵合是利用微電弧使引線端頭在高溫下發生形變， 一般使其熔成球狀，再通過調控時間及壓力來完成鍵合過程 [15] 。 其鍵合強度較高且工藝簡單， 即便鍵合失敗也能在同一位置再次鍵合。超聲鍵合利用超聲能量在常溫下使鍵合絲發生塑性變形， 并破壞引線與焊件之間的氧化薄膜，進而完成鍵合，使用時的超聲頻率通常不超過 60kHz 。 超聲鍵合技術主要適用于鋁絲的鍵合，因鍵合過程不會形成化合物影響焊接強度且對被焊件表面潔凈度要求不高而被推崇。 熱壓超聲鍵合即將熱壓鍵合與超聲鍵合兩種技術結合起來， 在超聲鍵合機中通過加熱器輔助加熱，進而實現引線的高質量焊接 [16] 。 其鍵合溫度及壓力均不高，利于提高器件的可靠性，是目前較為理想也是應用最為廣泛的鍵合技術。

引線鍵合按鍵合工具種類不同，分為球鍵合及楔鍵合兩種基本形式 [17] 。 兩種鍵合方式都需先在芯片表面形成第一焊點，然后形弧，最后在基板上形成第二焊點 [18] 。 不同的是球鍵合是指將引線一端熔成球狀然后使其焊接在芯片電極上的一種焊接方式，鍵合點無方向性。而楔鍵合則是借助熱、壓和超聲能量直接將引線焊在基板上，并且楔鍵合的兩個鍵合點具有嚴格的方向性， 球鍵合與楔鍵合的鍵合點如圖 2 所示。 與楔鍵合相比，球鍵合具有操作便捷、焊接速度快、焊點牢固且無方向性等特點，也因此被用來實現高速自動化焊接。

針對銅絲通常采用熱壓超聲工藝進行球鍵合。但在燒球過程中，常發現球表面不夠光滑， 成球性差。這是由于銅線在高溫下熔成球狀時， 發生了氧化，進而影響銅球質量。 趙健經研究發現，在鍵合過程中通入用 95%( 體積分數 ) 的氮氣和 5%( 體積分數 )的氫氣混合氣體可有效解決此類問題 [20] 。 少量氫氣的加入還能將純銅線在儲存過程中表面生成的氧化薄膜也還原成銅。 余齋等 [21] 將前沿的微動學理論加以改進，并融入到探索熱壓超聲球引線鍵合的機理中，提出了二類鍵合圖，鍵合時通過反饋系統實時監控各項參數的變化情況，并加以調整和改進，從而保證實現更高效、可靠的鍵合。

3 鍵合銅絲的失效形式及原因

盡管鍵合銅絲憑借著良好的綜合性能，市場占有率逐年提升，但因其硬度較大、易氧化等特性造成的封裝失效仍是當前階段急需解決的問題。在實際電子封裝過程中，銅絲球鍵合點的失效模式大致分為粘接失效、界面失效及球內斷裂三種 [22] 。在不同的溫度條件下，隨著保溫時間的延長，由于焊盤上鋁和銅殘余量的不同，使銅球內部結構以及 IMC 的成分含量發生變化，進而導致鍵合絲失效。而在實際生產和使用過程中， 鍵合絲的失效形式更為復雜，在眾多不確定的環境因素下，鍵合銅絲的失效原因更應引起研究人員的注意，以便早日制定出更加科學合理的防護措施。

3.1 封裝缺陷

封裝缺陷是指在后續封裝的過程中可能會出現的缺陷，包括外鍵合點頸部裂紋、鍵合絲短路等。 ATi公司采用芯片陣列球柵陣列 (chip array ball grid ar-ray, CABGA) 封裝形式生產的處理器，在使用一段時間后發生失效，機械開封后發現塑封與引線框架之間并沒有產生明顯的分層，但其鍵合點頸部產生了局部裂紋甚至貫穿性裂紋，如圖 3 所示。 裂紋的產生可能與鍵合工藝有關，此類失效有可能在測試階段就排查到， 之后需對同批次產品依次進行測試，避免在后續應用過程中發生大規模失效。

鍵合絲短路可能是鍵合絲與接地引腳之間發生短路，或者相鄰鍵合絲由于間距過小、走向安排不合理、線弧高度設置錯誤等問題造成的短路。Atheros公司采用 CABGA 進行封裝的手機處理器，由于線弧高度設置錯誤， 造成封裝引腳之間短路，如圖 4 所示。 此外，由于鍵合絲強度過低，封裝后形成塌絲并與其他導體相互接觸也易造成短路現象。鍵合絲塌絲可能觸及電容端頭， 也可能觸及芯片邊緣造成失效 [23] 。 但無論何種原因造成的短路現象，都需及時優化鍵合參數，防止器件長期應用時，產生漏電、退化并突發失效。

3.2 鍵合點出現鍵合彈坑

彈坑是由于焊球在壓到芯片焊區表面時，接觸力、 鍵合力和鍵合功率設置匹配不當導致焊區的硅層受到損傷。鍵合銅絲硬度越大，越容易導致彈坑的出現。國產 SOT23-6 封裝的脈沖寬度調制控制芯片在焊接完成后發現功能失效，通過化學開封，發現彈坑呈現環狀，說明損傷較為嚴重，如圖 5 所示，通過掃描電鏡會非常清晰地觀察到硅缺失的痕跡，也說明鍵合過程中的鍵合力較大 [24] 。 通常情況下，彈坑損傷較小，呈月牙形。在鍵合過程中，對于不同類型的芯片需進行適當的工藝調整，若調整不當，則會導致鍵合過程中焊盤局部界面擠壓現象嚴重，發生批次性的鍵合彈坑現象。 這會大大降低鍵合強度及介質絕緣性，表現為漏電異常，漏電會隨著后續通電使用時間的增長不斷加大，進而導致反向擊穿電壓過低，甚至擊穿短路，對器件使用性能造成嚴重影響 [25] 。鍵合點的彈坑損傷失效也具有潛伏性，在應用時遇到外加電應力或者溫度應力會加速失效。

3.3 鍵合點發生化學腐蝕

TI 公司生產的超薄縮小型封裝微處理器在使用幾個月后失效，激光開封后可見氯腐蝕銅絲，鍵合點化學腐蝕 SEM 圖像及腐蝕形貌圖如圖 6 所示 [24] 。由于封裝過程中，塑封材料中可能會檢測到少量的氯元素，盡管氯離子不能直接與銅離子發生化學反應，但銅的表面可以形成 Cu 2 O ，發生電化學的腐蝕作用，并且能夠和氯離子形成絡合離子產生進一步反應 [26-27] ，從而降低器件的可靠性。

在銅鋁鍵合的過程中，銅鋁鍵合的 IMC 主要成分為 CuAl 2 、 CuAl 和 Cu 9 Al 4 [28] 。 銅絲鍵合點腐蝕主要是由于 Cu 9 Al 4 和 CuAl 2 受到 Cl － 侵蝕導致 [29] ，最終導致鍵合強度下降，可能的一系列反應為：

為了能夠預防此類失效形式的發生，應加強對于塑封材料中鹵素含量的控制并提升塑封材料的抗濕性能。也可通過在其表面涂覆三防漆進行防護，除此之外，提升鍵合銅絲的抗氧化性也可進一步避免氧化物與鹵素離子之間發生化學反應，進而產生腐蝕。

3.4 鍵合點發生電偶腐蝕

電偶腐蝕也被稱為原電池腐蝕，是一個十分漫長的過程，需要一定的時間積累，具有潛伏性，會導致鍵合強度降低最終出現斷裂，鍵合點位置過熱會形成塑封料的炭化現象。 銅鋁鍵合界面失效表現為鍵合點沒有形成彈坑， 沒有明顯的過電應力和化學污染，鍵合點呈現過熱失效。最終引起鋁層氧化，鍵合強度降低。

4 鍵合銅絲微合金化改性研究進展

盡管銅絲鍵合時具有優良的力、熱、電學性能，但鍵合銅絲的發展也有著巨大的挑戰。由于銅絲鍵合過程中面臨易氧化等問題， 可以向銅絲中添加一些微量元素，延長其保存時間的同時，對于鍵合絲的其他性能也能得到一定程度的提高。 若要得到性能更加優良的鍵合銅絲，便要控制銅絲的硬度，銅絲硬度過高，容易造成基板斷裂、虛焊等問題 [30] 。 可通過提高銅絲純度使其自身硬度降低， 從而減少鍵合過程銅對芯片的損害，但銅絲純度過高，又會使得自身強度下降，成型難以控制，形弧高度也不均勻；此外也會使銅絲再結晶溫度降低，破斷力、伸長率也會隨著使用時間的延長而下降 [31] 。 因而合理控制銅絲中添加的微量元素種類及其含量對鍵合過程有著至關重要的影響。本文通過整理現有研究結果，得到各微量元素的分類及其作用機制如下：

堿金屬元素：堿金屬元素可作為除雜元素加入銅絲中，有利于雜質元素形成氧化物、硫化物、硒化物進而去除 O 、 S 、 Se 等元素 [32] ；也可作為合金元素，利于提高焊球頸部的斷裂強度，降低細絲的斷裂幾率。專利文獻 CN104278169A 中， 向純銅中加入了 0.008%~1.000%( 質量分數 ) 的 Li ， 0.3%~0.5%( 質量分數 ) 的Ce ，使得銅絲的耐腐蝕性得到顯著增強，同時使得焊接熱影響區長度較一般鍵合銅絲降低了 22% [33] ， Li的加入也使得焊球頸部的強度得到提升，使得斷裂幾率大大降低。

堿土金屬元素：堿土金屬元素為元素周期表第二主族元素。其中 Be 、 Mg 均可作為脫氧劑，但由于 Be的價格昂貴，因而并不常使用。 Ca 幾乎不固溶于銅，可與雜質形成高熔點化合物，能調節鍵合絲力學性能和高溫塑性。專利文獻 CN104593635A 中，通過向銅絲中加入 0.000 5%~0.020 0%( 質量分數 ) 的 Mg 、0.0005%~0.0100%( 質量分數 ) 的 Sr ，提高球焊過程的穩定性以及銅絲的抗高溫氧化性 [34] 。 專利 CN109390309A 中，向純銅中加入 0.1%~3.0%( 質量分數 ) 的Ag 以及 0.02%~0.05%( 質量分數 ) 的 Ca 和 0.026%~0.050%( 質量分數 ) 的 Be ，發現 Ca 能有效提升銅合金的焊線作業性，增強線材與芯片及基板的粘附性能，有助于提升線材的抗硫化能力和抗老化能力，而Be 能提高銅合金線材的再結晶溫度，提升線材在高溫環境下的耐疲勞性，有效降低頸部斷裂的幾率。使得生產出的銅合金線具有優異的作業性和可靠性，且成本較低 [35] 。

過渡元素：微量的 Fe 可以細化晶粒，提高銅絲的塑性加工性能；微量的 Zn 可以抑制銅的氧化； Zr 可以提高銅絲的再結晶溫度，經常和其他元素混合添加；而 Ti 可以增強銅線的鍵合穩定性。專利 62-130249中在 4 N 純銅中加入 5～200 μg/g 的 Ti ， 大大提高了銅線的鍵合效率 [36] 。 專利 CN106992164A 中發表了一種微電子封裝用銅合金單晶鍵合絲，該 Cu 絲中各成分的重量百分比如下， Ag 為 0.01%~0.02%( 質量分數 ) 、 Sc 為 0.01%~0.02%( 質量分數 ) 、 Fe 為0.001%~0.015%( 質量分數 ) 、 Ti 為 0.001%~0.02%( 質量分數 ) ，余量為 Cu [37] 。 研究發現， Sc 能影響銅合金的組織和性能，在保持合金塑性的同時，能夠大幅提高合金強度，具有凈化和改善組織的作用，而 Ti的加入會產生很強的變質作用和抑制再結晶能力，也可與 Cu 形成固溶體，不會生成 IMC 相，提高器件的可靠性。專利 CN111004982A 中向銅鈀合金中加入了一定質量分數的 Ti 、 Co 元素，通過研磨、壓制形成中間體后，進行淬火，反復捶打后得到銅鈀合金復合材料，解決了其在使用過程中易發生斷裂的問題，提高了用戶對產品的使用體驗 [38] 。

稀土元素：稀土元素具有很高的電負性以及較大的原子半徑，微量的稀土元素能夠細化晶粒 [39] ，提高銅絲抗氧化性和可焊性。添加適量稀土元素也有利于降低銅絲硬度， 在添加量為 0.000 2%~0.002 0%( 質量分數 ) 時，更有利于提高銅絲的可焊性，使器件更可靠。專利 CN105463237A 中以銅為基底材料，將0.1%~5%( 質量分數 ) 的 Ag 作為主合金，合金中加入含量≤0.001 5%( 質量分數 ) 的稀土元素，使得絲材在具有高強度、良好導電、導熱性能的同時，降低了自身硬度，并提高了抗氧化性 [40] 。專利 CN1100718526A 中以銅為基底材料，加入 0.005 1%~0.100 0%( 質量分數 ) 的稀土元素及 0.000 1%~0.080 0%( 質量分數 ) 的 Pd ，所述 稀 土 元 素 為 La 、 Ce 、 Pr 、 Nd 、 Pm 、 Sm 、 Eu 、 Gd 、 Td 、Dy 、 Ho 、 Y 中的一種或多種的組合 [41] 。 由于鈀元素的添加，使得銅絲的抗氧化性得到增強，硬度降低。 適量的稀土元素與銅中的微量雜質鉛等形成高熔點化合物，呈細小彌散的質點在晶粒內部均勻分布，細化晶粒的同時，進一步改善了銅的力學加工性能，從而滿足窄間距、低長弧、高強度的鍵合要求。綜上，對添加微量元素種類及其作用進行整理，如表 3 所示。

通過采用微合金化改性的手段，鍵合銅絲的硬度及抗氧化性也得到了改善，具體案例如下：為了降低銅絲的硬度，專利 CN104752385B 公開了一種 IC 封裝用超軟鍵合銅合金絲的制備方法，在純度為 4N以上的銅絲中加入 0.000 01%~0.000 2%( 質量分數 )的 W ， 0.000 1%~0.001 0%( 質量分數 ) 的 S ， 0.000 4%~0.020 0%( 質量分數 ) 的 P 以及 0.000 8%~0.020 0%( 質量分數 ) 的 Ag ，多次拉絲后再退火處理，最終得到的鍵合銅絲硬度低至 67 HV ，使得銅絲硬度大幅降低，解決了由于銅絲硬度過大易對芯片及基板造成損壞的問題，大大提高了器件的可靠性 [42] 。 專利CN105161476B 中采用純度為 4 N 以上且主體氧含量≤0.000 5%( 質量分數 ) 的 Cu ， 晶粒平均直徑為1.6~1.8 μm ，通過真空熔煉和定向連續拉拔工藝獲得線材后再拉成絲狀，其間進行兩次退火處理，最終得到硬度極低、球焊時變形球圓度高的適用于細間距封裝的鍵合銅絲 [43] 。

為解決銅絲易氧化的問題，除了在銅絲表層鍍覆金屬，向銅中添加微量元素同樣可以提高絲材抗氧化性。專利 CN109402445B 中向純銅中加入 0.000 6%~0.0015%( 質量分數 ) 的 Al ， 0.000 9%~0.001 5%( 質量分數 ) 的 Si, 0.000 3%~0.000 8%( 質量分數 ) 的 P ，預制合金后，拉鑄，在氮氣保護下連續退火，使得銅的再結晶溫度、力學性能得到增強的同時，其抗氧化能力也大幅提升 [44] 。

在微電子封裝領域，由于現代封裝對于長距離、窄間距的鍵合要求，專利 CN107904434B 以高純銅、錫及微量金屬元素為原材料，采用定向凝固連鑄技術制成棒材后，在氫氣氣氛下退火處理，通過多道次的拉拔最終得到直徑為 0.010～0.018 mm 的超細絲 [45] 。 制備出的銅絲不僅有良好的導電、導熱性，強度也大大提高，加工態伸長率 ≥2.0% ，且在拉拔過程中不易斷線，單根細絲最大長度超三萬米，解決了超細超長銅絲的技術生產難題，有利于產業化的實施和應用。

近年來，國內涌現出了多家鍵合絲生產廠商，并通過多年的投入及研發，打破了國外企業在中國市場的壟斷地位， 未來國內的鍵合銅絲市場也將呈現更加多樣化的產品，競爭也會愈發激烈。

5 展望與總結

統計數據表明， 2021 年我國鍵合絲需求量已經達到 238.9 億米， 而其中鍵合銅絲的市場占有量已遠超過鍵合金絲。隨著近年來金價的持續上漲，銅絲也一定會成為鍵合絲市場的主流引線鍵合材料，銅絲鍵合工藝技術也將成為重點研究方向 [46] 。 為有效克服當前鍵合銅絲存在的易氧化、熱穩定性差、力學匹配性差等問題， 通過向銅絲中添加多種微量元素來改善鍵合銅絲的性能已經成為主要趨勢，由于可添加元素種類繁多，各元素的作用較為復雜，按照傳統方法通過大量實驗找出較優的方案無疑需要花費大量的時間和資源。未來可利用機器學習模型對合金成分進行優化設計， 以更低的資源消耗尋求更加合適的元素成分及含量，得到性能更加優良的銅絲，提高器件使用的可靠性，滿足高端領域的材料需求 [47] 。

審核編輯 黃宇