半导体封装用键合铝丝(编制说明)

一．工作简况（一）任务来源1.基本信息2020年，贺利氏（招远）贵金属材料有限公司提出修订本行业的建议书。2022年，根据工业和信息化部下达修订标准的编制任务，项目计划文：工信厅科函[2022]94号，计划号：2022-0102T-YS。本标准主要起草单位为：贺利氏（招远）贵金属材料有限公司，本标准由全国有色金属标准化技术委员会（SAC/TC243）提出并归口。本标准将在2024年完成。2、项目编制组单位变化情况技术审查会前，根据标准编制工作任务量，重新调整了编制组构成，具体为：贺利氏（招远）贵金属材料有限公司、烟台一诺电子材料有限公司、北京达博有色金属焊料有限公司、上杭县紫金佳博电子新材料科技有限公司。需确认（二）主要参加单位和工作成员及其所做的工作本标准起草单位：贺利氏（招远）贵金属材料有限公司、烟台一诺电子材料有限公司、北京达博有色金属焊料有限公司、上杭县紫金佳博电子新材料科技有限公司。1、主要参加单位情况在本标准修订工作中，贺利氏（招远）贵金属材料有限公司主要负责标准编制的总体协调、资料收集、编写文献小结、实验数据统计对比、编写标准各阶段草案、编制说明及相关附件工作。在本标准修订工作中，烟台一诺电子材料有限公司主要负责提供试验方案、征集试验样品、开展试验方法验证和数据统计等，搜集国内外相关标准资料并协助整理分析，规划标准结构。在标准编制过程中，北京达博有色金属焊料有限公司、上杭县紫金佳博电子新材料科技有限公司配合主编单位开展大量的现场调研、取样、开展各种试验工作，为标准编写提供了真实有效的实测数据，并积极参加工作会议讨论、对标准过程稿件提出修改意见等。2、主要工作成员所负责的工作情况主要工作成员及其所负责的工作见表1。表1工作成员及所做工作起草人（确认）起草人（确认）所做工作付建彬负责标准制修订工作总体协调及资料收集、编写文献小结、实验数据统计对比、编写各阶段草案、编制说明及相关附件工作。负责提供试验方案、征集试验样品、开展试验方法验证和数据统计等，搜集国内外相关标准资料并协助整理分析，规划标准结构。配合主编单位开展大量的现场调研、取样、开展各种试验工作，为标准编写提供了真实有效的实测数据，并积极参加工作会议讨论、对标准过程稿件提出修改意见等。（三）主要工作过程贺利氏（招远）贵金属材料有限公司在接到标准制定任务后，成立了《半导体封装用键合铝丝》标准编制组，召开了标准项目编制启动会议，对标准编写工作进行了部署和分工，主要工作过程经历了以下几个阶段。1、立项阶段2020年10月，贺利氏（招远）贵金属材料有限公司向全国有色金属标准化技术委员会提交了《半导体封装用键合铝丝》行业标准项目修订建议书、标准草案及立项报告等材料。2022年，接到《有色标委[2022]89号》文件通知，《半导体封装用键合铝丝》行业标准获准立项，项目计划号：2022-0102T-YS，完成年限为2024年。2、起草阶段（1）2022年7月19日至7月21日，在河南省洛阳市召开的全国有色金属标准化技术委员会工作会议上对《半导体封装用键合铝丝》进行了任务落实，确定了起草单位为贺利氏（招远）贵金属材料有限公司、烟台一诺电子材料有限公司、北京达博有色金属焊料有限公（2）2022年7月，成立了《半导体封装用键合铝丝》编制组，确定了各成员的工作分工与具体工作安排。编制组收集汇总了半导体封装用键合铝丝的相关资料，形成了《半导体封装用键合铝丝》草案稿。（3）2022年8月到2023年4月，编制组进一步收集汇总半导体封装用键合铝丝的相关资料，讨论了半导体封装用键合铝丝的分类和标记、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存及随行文件和订货单（或合同）等内容，形成了《半导体封装用键合铝丝》讨论稿。（4）2023年4月，在湖北省武汉市召开的有色金属标准项目论证会暨标准制修订工作会议上对《半导体封装用键合铝丝》标准进行了讨论，形成了征求意见稿及编制说明。3、征求意见阶段2023年8月，由贵标委秘书长牵头，主编单位贺利氏（招远）贵金属材料有限公司和烟台一诺半导体材料有限公司前往广东佳博电子科技有限公司、四川威纳尔特种电子材料有限公司、深圳金斯达半导体材料有限公司、丰睿成科技（深圳）股份有限公司进行现场调研。同时，对《半导体封装用键合铝丝》标准广泛征求意见，共发送单位72个，征求意见单位涵盖2023年8月21日到8月23日在贵州省贵阳市参会的《半导体封装用键合铝丝》其他单位36个，所占比例50%。回函的单位数72个，回函并有意见的单位数24个。根据征求意见稿的回函情况及2023年8月份贵阳会议参会专家及企业代表的认真研究和讨论，提出了具体修改意见及采纳情况，编写了《半导体封装用键合铝丝行业标准征求意见汇总处理表》。于2023年09月10日形成《半导体封装用键合铝丝》标准送审稿。4、审查阶段5、报批阶段二．标准化文件编写原则符合性原则：本文件严格按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定开展编制工作。合理性原则：反映当前国内企业的生产技术水平，宜于应用，经济上合理，兼顾现有资源的合理配置。先进性原则：本文件涉及的内容，技术水平处于当前国内先进水平。一致性原则：制定行业标准贯彻国家的有关方针、政策、法律法规，标准条款及内容与现行法律法规、应用标准准则之规定保持一致，不与之抵触；格式、语言形式等规范，不标新立异。三．标准主要内容及确定依据（一）标准主要内容1、范围本文件规定了半导体分立器件、集成电路、LED封装用键合铝丝的分类和标记、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存及随行文件和订货单（或合同）等内本文件适用于半导体封装用键合铝丝。2、技术来源半导体产业一直是国家最重要的战略性基础产业。半导体键合丝产品作为核心原材料之一，在整个半导体全产业链中作用特殊，在国家半导体产业推进战略中地位不可忽略。半导体键合丝是芯片和外部电路之间的电连接引线，是半导体集成电路、分立器件、传感器、光电子等传统封装工艺制造过程中必不可少的核心基础原材料。键合金丝产品一直是半导体引线封装的首选引线材料，其独特的金属化学稳定性和极具作业效率的工艺应用优势，在高端封装领域的焊线中一直占据主导。但由于金的成本较高，且相关技术被欧美日等发达国家及其在国内设立的外资工厂所垄断，严重影响了中国半导体行业的发展（如小型扁平式IC封装、LED光源器件等）。为了解决半导体封装键合丝的成本和国产化难题，解决半导体封装材料长期受制于人依赖进口的情况，开发低成本、高可靠性金属键合铝丝成为目前市场主流，通过合金技术来改进其材料性能，使其可以真正应用于集成电路等中高级封装中，对推动国家半导体产业战略，增加经济效益和社会效益，增强中国半导体产业的国际竞争力，具有重大的战略意义。本项目涉及的键合铝丝已经研制多年，部分产品在技术研发上已经有了突破性进展，目前的标准内容已经不适应半导体封装键合新技术、新工艺的应用需要，需修订现有标准。由于铝丝特有的自排料结构，在半导体材料铝线键合工艺中，具有良好的稳定性、变形和断裂，从而使排料工艺达到高稳定，降低排料失败率；铝丝的良好的电阻性能可以使半导体元件的排料工作保持较高的效能，使半导体元件能够在高位置、低位置和大型元件工作下，都能有效保证排料和焊接点之间的最佳导通性能；在半导体铝线键合的过程中，具有高精度的控制能力，可以有效控制排料工作的准确度，并具有良好的排料定位能力，能够准确控制和平衡排料工艺中接触面积、接触压力等参数；铝丝具有良好的湿潮抗性，在半导体材料的排料过程中，可以有效防止湿潮影响排料质量，有效控制有害气体的释放和渗出，使排料结构得到高效保护，并最大限度地提高元件的可靠性和寿命。键合铝丝性能优异，减少了贵金属用量，确保使用效果的同时，开辟键合丝使用的新领域。（二）制定依据1、主要成分产品的主要成分为铝（Al）2、杂质成分根据键合铝丝的原料铝锭产品国家标准GB/T1196--2017对杂质的要求，结合键合铝丝制备过程的特点，以及用户的要求，键合铝丝产品添加元素及杂质种类最终定为7种，分别为Fe、Pd、Cu、Ni、Si、Mg、other。键合铝丝的添加元素及杂质成分数据是在总结多年分析数据基础上，根据行业发展水平确定的。相关批次产品成分数据详见表2。确定数据要求较合理，能够起到规范生产的作用。表2产品不同批次的成分对比单位：%于—— 铝的化学成分检测，根据GB/T20975铝及铝合金化学分析方法、YS/T870纯铝化学分析方法、YS/T871高纯铝化学分析方法来测定杂质元素的含量，铝的质量分数为100%减去表中所列杂质元素总和。此外，键合铝丝化学成分分析也可按照供需双方商定的分析检测方法进行。3、尺寸及允许偏差产品的直径及其允许偏差0.1mm的直径的为±0.004mm，0.125mm及0.150直径的为±0.005mm，0.175mm-0.300mm直径的为±0.006mm,0.375mm-0.400mm直径的为±0.007mm,0.500mm直径的为±0.008mm。单轴产品的长度及其允许偏差应符合需方要求，长度偏差范围为±1%。4、机械性能键合铝丝机械性能数据是在多年测试的数据基础上，根据行业发展水平，最终确定。相关批次机械性能数据详见表3—表6。表3键合铝丝不同批次机械性能对比—牌号AL4N5公称直径mm拉断力/10-2N伸长率/%AL4N5批次1批次2批次3AL4N5批次1批次2批次30.130-6043.1246.2545.25>0.515.2313.4514.560.12550-9073.2869.6874.7517.9118.0218.830.1580-12093.1691.5683.2516.3914.6110.520.2150-230181.23173.58186.6218.1219.4020.470.25200-300264.88258.72245.8723.8623.9217.930.3280-400343.04337.95361.7119.9518.2120.530.375450-650568.76583.77558.5520.7724.3225.040.4500-700612.33623.58620.5921.8821.8625.120.5850-1100934.66918.50967.0820.2420.7823.97表4键合铝丝不同批次机械性能对比—牌号AL4N公称直径mm拉断力/10-2N伸长率/%AL4N样品1样品2样品3AL4N样品1样品2样品30.150-13079.1572.0073.895-2020.8720.9620.620.12570-180107.56106.52102.785-3020.7020.8721.00.15130-250140.61144.12146.125-3020.8420.7120.700.175170-250212.23228.36235.5610-3021.3323.5624.780.2200-350240.76232.13246.1510-3016.6219.9719.280.25300-480390.96345.43356.1410-3024.4422.5322.510.3400-700558.29572.07557.7910-3023.5018.2816.990.375500-1100745.35742.20777.5410-3022.6723.5820.110.4600-1200903.45910.56923.4510-3015.4516.3518.690.5800-20001065.521037.891070.3910-3014.3214.2117.76表5键合铝丝不同批次机械性能对比—牌号AL4NCR公称直径mm拉断力/10-2N伸长率/%AL4NCR样品1样品2样品3AL4NCR样品1样品2样品30.150-13070.5679.6473.520.5-158.8710.8610.560.12570-13095.9097.5795.285-3021.1020.8817.560.15100-200151.39158.61162.055-3023.5623.5720.560.175100-230165.39175.45170.455-3021.5223.3519.350.2120-330179.32174.40176.9310-3017.3217.0817.090.25210-500287.81261.98263.5410-3021.9218.5317.330.3310-750373.28366.05393.7910-3020.5323.1521.870.375450-1100577.86590.87585.6510-3020.2327.8720.330.4500-1250659.61655.96669.9710-3021.1018.1317.270.5800-1900988.46938.79986.1810-3022.2622.1221.43表6键合铝丝不同批次机械性能对比—牌号ALMg公称直径mm拉断力/10-2N伸长率/%ALMg样品1样品2样品3ALMg样品1样品2样品30.1120-160140.25145.26150.327.988.239.350.125150-200175.65178.36180.328.029.658.890.175250-420320.63325.63325.5613.3214.6515.320.2270-430352.16365.23359.25>1015.4516.4215.890.3700-950826.32830.36835.54>1015.5616.3217.520.3751250-16001450.961460.251500.36>1015.1814.3215.540.41300-17001510.261530.691568.96>1015.2516.4515.780.52000-27002350.562340.582380.89>1517.2618.2517.985、表面质量线材表面应无指痕、拉丝润滑液及清洗液痕迹，无颗粒附加物和其他污染。线材表面应无明显刻痕、凹坑、划伤、裂纹、凸起、打折和其他降低器件使用寿命的缺陷。下方表7中缺陷图片是结合多年生产经验及客户对产品表面要求整理的，确定合理，能够起到规范生产的作用。表7表面缺陷图片示例缺陷散线颗粒打折碰伤缺陷脏污头发划伤6、绕线要求使用的线轴见附录A中规定要求或其他需方要求的线轴。多层平绕或交叉绕。线的始端和末端采用不同颜色的标志贴紧。一般情况下，标志贴红色为始端，黑色为末端。7、其他内容为了便于标准的可操作性，本文件规定了产品的试验方法，包括化学成分、尺寸及允许偏差、机械性能、表面质量、绕线要求；规定了产品的检验规则，包括检查和验收、组批、检验项目及取样、以及结果的判定。本文件规定了产品的标志、包装、运输和贮存及随行文件等内容。四．标准中涉及专利的情况本标准不涉及专利问题五．预期达到的社会效益等情况1、项目的必要性半导体产业一直是国家最重要的战略性基础产业。半导体键合丝产品作为核心原材料之一，在整个半导体全产业链中作用特殊，在国家半导体产业推进战略中地位不可忽略。半导体键合丝是芯片和外部电路之间的电连接引线，是半导体集成电路、分立器件、传感器、光电子等传统封装工艺制造过程中必不可少的核心基础原材料。本项目涉及的键合铝丝已经研制多年，部分产品在技术研发上已经有了突破性进展，目前的标准内容已经不适应半导体封装键合新技术、新工艺的应用需要，需修订现有标准。由于铝丝特有的自排料结构，在半导体材料铝线键合工艺中，具有良好的稳定性、变形和断裂，从而使排料工艺达到高稳定，降低排料失败率；铝丝的良好的电阻性能可以使半导体元件的排料工作保持较高的效能，使半导体元件能够在高位置、低位置和大型元件工作下，都能有效保证排料和焊接点之间的最佳导通性能；在半导体铝线键合的过程中，具有高精度的控制能力，可以有效控制排料工作的准确度，并具有良好的排料定位能力，能够准确控制和平衡排料工艺中接触面积、接触压力等参数；铝丝具有良好的湿潮抗性，在半导体材料的排料过程中，可以有效防止湿潮影响排料质量，有效控制有害气体的释放和渗出，使排料结构得到高效保护，并最大限度地提高元件的可靠性和寿命。键合铝丝性能优异，减少了贵金属用量，确保使用效果的同时，开辟键合丝使用的新领域。对推动国家半导体产业战略，增加经济效益和社会效益，增强中国半导体产业的国际竞争力，具有重大的战略意义。2、项目的可行性简述键合铝线作为功率半导体器件的四大主要材料之一，被广泛应用在汽车/轨道交通、军工、新能源等领域,通常这些领域的产品都会关乎到人身及财产安全等，所以对产品的可靠性、安全性要求尤为严格。在半导体器件失效模式中，由于封装工序发生的异常导致产品失效约占1/3-1/4,在此占比中细分，由于键合丝异常导致的产品失效又高达60%以上，如线材的参杂异常会导致可靠性失效、表面污染会导致虚焊、线径异常会影响载流能力等等。由此可见，键合线的稳定性对半导体器件性能的影响非常显著，所以，及时制定、更新键合线产品标准对提升整个半导体行业的产品可靠性极为重要。本次《半导体封装用键合铝丝》行业标准的修订让键合铝丝市场发展越来