传统上，金线是引线键合的绝对主流材料，工艺成熟、性能稳定、可靠性高。然而，驱动行业转向铜线的核心驱动力是“成本-性能”的综合优化，具体体现在以下几个关键因素上。

 

1、原材料成本的大幅降低

1）黄金是贵金属，且受全球经济、政治等因素影响波动很大。金线成本通常占整个封装材料成本的50%以上，甚至在某些封装中高达70-80%。2）铜作为基础工业金属，其价格远低于金（通常只有金的几十分之一），且供应相对稳定。即使考虑镀钯工艺增加的成本，镀钯铜线的总成本仍显著低于金线（通常只有金线的1/3 到1/2）。这对于追求成本效益的大规模生产（尤其是消费电子）至关重要。

 

2、卓越的电气性能

铜的电导率（约58-60MS/m）比金（约41-45MS/m）高出约25-30%。在相同线径和电流负载下，铜线的电阻更低，产生的焦耳热更少。

 

3、优异的机械性能

1）铜的杨氏模量和抗拉强度都比金高，在键合过程中能更好地保持弧圈形状（Loop Stability），尤其在进行长跨度、高弧圈键合时，铜线不易下垂或变形，提高了键合的一致性和良率。

2）更高的刚度使铜线在超细间距（如< 50μm）键合时，相邻线之间发生短路的可能性降低，满足了集成电路不断缩小尺寸、增加I/O数量的需求。

3）更慢的蠕变速率：铜在高温下抵抗缓慢塑性变形的能力（抗蠕变性）优于金，这对器件在高温工作环境下的长期可靠性有利。

 

4、更强的抗电迁移能力 

在高电流密度下，金属原子会沿着电子流动方向发生迁移，导致导线局部变薄甚至断裂（电迁移失效）。铜原子比金原子需要更高的激活能才能迁移，因此铜线具有比金线更优异的抗电迁移能力。

总结金转铜的核心驱动力：在满足甚至超越金线可靠性的前提下，铜线提供了显著的成本优势、更优的电气和热性能、更强的机械性能以及更好的抗电迁移能力，完美契合了现代半导体封装对高性能、低成本、高可靠性和小型化的综合需求。

 

为什么对可靠性有较高要求的芯片不用纯铜线而必须用镀钯铜线？

尽管铜线有诸多优势，但纯铜线（裸铜线）存在一个致命的弱点：极易氧化。

 

1、铜的氧化问题

    铜高度活泼，在室温空气环境中就非常容易与氧气发生反应，表面迅速形成一层氧化铜（CuO）或氧化亚铜（Cu₂O）。

 

2、氧化层的危害性

1）绝缘/高电阻：铜氧化物是不良导体甚至绝缘体。这层氧化物会严重阻碍键合点（焊盘和引线框架）与铜线芯之间的有效电接触。

2）顽固且难以去除：这层氧化物非常致密、稳定且附着力强。在键合过程中，即使使用高功率超声波和加热，也很难在键合界面彻底、稳定地清除这层氧化物。

3）导致键合失效：氧化物层的存在会直接导致第一焊点/第二焊点虚焊或弱焊，无法形成良好的金属间化合物（IMC），键合强度低。因制程管控波动，会导致个别批次键合良率下降，键合过程不稳定，失效率高。长期可靠性差，即使初始键合成功，残留的氧化物或后续侵入的氧气/湿气会在界面处持续氧化，导致接触电阻增大、焊点开裂甚至脱落。

镀钯层的核心作用：解决氧化难题

 

1、惰性保护层

钯是一种贵金属，化学性质非常稳定，在常温常压的空气中几乎不氧化。一层致密的钯层完美地包裹在铜线表面，将铜芯与空气/湿气完全隔绝，可以有效阻止铜的氧化。

且钯与铜兼容性好，钯与铜之间可以形成良好的冶金结合；钯层的硬度和延展性需要与铜芯匹配，以保证线材在收放、送线和键合过程中的可操作性和可靠性；既能参与键合界面反应形成良好IMC，又不会过度扩散导致性能劣化。

虽然钯也是贵金属，但相对成本可控，钯镀层非常薄（通常在几十到几百纳米级别），其增加的成本相对于金线节省的成本和带来的性能/可靠性提升而言，是完全可以接受的。

 

2、长期可靠性保障

在整个封装过程（可能涉及高温烘烤、塑封料填充、固化）以及产品后续的使用寿命中（尤其在高温高湿、温度循环等恶劣环境），钯层持续保护铜芯不被腐蚀和氧化，确保电气连接的长期稳定性和可靠性。

总结为何必须镀钯：纯铜线无法克服其极易氧化的致命缺陷，导致键合工艺容易出现批次波动、可靠性极差。镀钯层是解决这一核心问题的关键技术和必要手段。

 

来源：Top Gun Lab Top Gun 实验室

关键词： 芯片 键合 镀钯铜线