铜丝键合在实际应用中的失效分析

研究并总结了铜丝键合塑封器件在实际应用环境中工作时发生的几种不同失效模式和失效机理,包括常见封装类型电路的失效,这些封装类型占据绝大部分铜丝键合的市场比例。和传统的实验室可靠性测试相比,实际应用中的铜丝失效能够全面暴露潜在可靠性问题和薄弱点,因为实际应用环境存在更多不可控因素。实际应用时的失效或退化机理主要包括:外键合点氯腐蚀、金属间化合物氯腐蚀、电偶腐蚀、键合弹坑、封装缺陷五种类型。对实际应用中的数据和分析为进一步改善铜丝键合可靠性、提高器件稳定性提供了依据。     

铜丝球键合工艺及可靠性机理

文章针对铜丝键合工艺在高密度及大电流集成电路封装应用中出现的一系列可靠性问题,对该领域目前相关的理论和研究成果进行了综述,介绍了铜丝球键合工艺、键合点组织结构及力学性能、IMC生长情况、可靠性机理及失效模式。针对铜丝球键合工艺中易氧化、硬度高等难点,对特定工艺进行了阐述,同时也从金属间化合物形成机理的角度重点阐述了铜丝球键合点可靠性优于金丝球键合点的原因。并对铜丝球键合及铜丝楔键合工艺前景进行了展望。     

细线径漆包线圈键合工艺优化及可靠性分析

以多芯片组件中常用到的细线径漆包线圈为研究对象,对影响其键合可靠性的各因素进行了研究.结果表明:线圈引脚搪锡后去除卤素元素、键合后涂覆或线圈直接键合法,可避免发生电化学反应腐蚀;合理的键合参数和漆包线圈引脚变形量的控制能减小引脚根部应力;适当的点胶加固措施,可避免线圈产生谐振而受损;调试时不应拨动漆包线圈,以避免本体松...     

基于激光冲击的镁合金在NaCl溶液中电化学腐蚀的研究

为了研究激光冲击强化对镁合金耐腐蚀性的影响,采用电化学方法和钕玻璃脉冲激光(波长1064nm,脉冲宽度20ns)研究AZ31、AZ61和AZ91三种镁合金在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的电化学腐蚀行为,并对合金表面形貌、微观组织、显微硬度、自腐蚀电位和电化学阻抗谱进行实验测试与分析。结果表明:激光冲击强化改善了镁合金的耐腐蚀性。随着激光功率密度的增加镁合金自腐蚀电位正向移动,腐蚀电流密度降低,阻抗弧变大。当功率密度为0.7GW/cm2时电流密度开始增加,阻抗弧减小。讨论和分析了Al含量、固溶和时效处理对激光冲击镁合金自腐蚀电位和阻抗谱的影响。     

激光选区熔化AlMgScZr合金微观组织与电化学腐蚀性能研究

采用激光选区熔化(SLM)技术成形了AlMgScZr合金，分析了不同扫描速度下制备的合金的微观组织及其在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的动电位极化曲线和电化学阻抗谱，研究了SLM成形AlMgScZr合金的微观组织对其电化学腐蚀性能的影响。结果表明，在质量分数为3.5%的NaCl溶液中，SLM成形的AlMgScZr合金表现出明显的钝化行为。合金中的孔隙降低了表面钝化膜的稳定性，从而降低了合金的抗电化学腐蚀性能。由于熔池边界处高数量密度的Al₃(Sc,Zr)颗粒可以作为微阴极促进Al基体的溶解，熔池边界发生了严重的腐蚀。此外，随着扫描速度的增大，AlMgScZr合金的晶粒尺寸逐渐减小、小角度晶界逐渐增多。晶粒尺寸的减小导致晶界密度和晶界处的活性原子数量逐渐增多，提高了钝化膜的生长速度，同时，小角度晶界的增多提高了晶界的稳定性，从而改善了合金的抗电化学腐蚀性能。     

铜丝键合工艺研究

讲述了铜丝键合的优点,列举了铜丝在键合工艺中制约制程的瓶颈因素有两个方面：一是铜丝储存条件对环境要求高,使用过程保护措施不当易氧化;二是铜丝材料特性选择、制具选择、设备键合参数设置不当在生产制造中易造成芯片焊盘铝挤出、破裂、弹坑等现象发生,最终导致产品电性能及可靠性问题而失效。本文通过对铜丝键合机理分析,提出解决、预防及管控措施,制定了具体的生产管控工艺方案,对实现铜丝键合工艺有很好的指导意义。     

铜丝键合工艺研究

键合铜丝作为微电子工业的新型研发材料,已经成功替代键合金丝应用于IC后道封装中。随着IC封装键合工艺技术及设备的改进,铜丝应用从低端产品如DIP、SOP向中高端QFP、QFN、多层线、小间距焊盘产品领域扩展。因封装制程对键合铜丝的性能要求逐步提高,促进了铜丝生产商对铜丝工艺性能向趋近于金丝工艺性能发展,成为替代金丝封装的新型材料。本文首先讲述了铜丝键合的优点,列举了铜丝在键合工艺中制约制程的瓶颈因素有两个方面：一是铜丝储存条件对环境要求高,使用过程保护措施不当易氧化;二是铜丝材料特性选择、制具选择、设备键合参数设置不当在生产制造中易造成芯片焊盘铝挤出、破裂、弹坑等现象发生,最终导致产品电性能及可靠性问题而失效。本文通过对铜丝键合机理分析,提出解决、预防及管控措施,制定了具体的生产管控工艺方案,对实现铜丝键合工艺有很好的指导意义。     

铜丝键合工艺研究

键合铜丝作为微电子工业的新型研发材料,已经成功替代键合金丝应用于IC后道封装中。随着IC封装键合工艺技术及设备的改进,铜丝应用从低端产品如DIP、SOP向中高端QFP、QFN、多层线、小间距焊盘产品领域扩展。因封装制程对键合铜丝的性能要求逐步提高,促进了铜丝生产商对铜丝工艺性能向趋近于金丝工艺性能发展,成为替代金丝封装的新型材料。文章首先讲述了铜丝键合的优点,指出铜丝在键合工艺中制约制程的瓶颈因素有两个方面：一是铜丝储存条件对环境要求高,使用过程保护措施不当易氧化;二是铜丝材料特性选择、制具选择、设备键合参数设置不当在生产制造中易造成芯片焊盘铝挤出、破裂、弹坑等现象发生,最终导致产品电性能及可靠性问题而失效。文章通过对铜丝键合机理分析,提出解决、预防及管控措施,制定了具体的生产管控工艺方案,对实现铜丝键合工艺有很好的指导意义。     

第一顺序键合引脚失效分析及键合可靠性提高

文章分析了一例采用金丝热超声键合电路在工艺监控过程中的键合强度检测合格,在高温稳定性烘焙后其引线抗拉强度同样符合MIL-STD-883G方法2011．7的要求,但电路在使用中出现第一顺序键合引脚开路现象。经分析是由于芯片键合区（压点）的材料、结构、键合工艺参数处于工艺下界,以及此类缺陷不能通过键合引线抗拉强度在线监测（包括125℃下的24h高温贮存后的检测）检测出而导致。最后针对缺陷所在,通过改进检测方法、键合工艺设置等消除了键合缺陷,并提高了键合可靠性。     

选择性腐蚀Si1-xGex与Si制备绝缘体上超薄应变硅

基于应变硅以及绝缘体上超薄应变硅(SSOI)工艺,使用氢氟酸、硝酸和醋酸的混合溶液与质量分数为25%的四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液选择性腐蚀Si1-xGex与Si以制备绝缘体上超薄应变硅。研究了质量分数为0.5%～5%的HF和Si1-xGex中Ge的含量对选择性腐蚀的腐蚀速度与选择比的影响,优化了选择性腐蚀工艺。采用氨水、过氧化氢和水的混合溶液处理选择性腐蚀后的Si1-xGex与Si表面,得到了高应变度、高晶体质量的超薄SSOI。采用原子力显微镜(AFM)测试腐蚀速度以及腐蚀后的表面粗糙度;使用喇曼光谱仪表征Si1-xGex以及应变硅的组分以及应变度;使用透射电子显微镜(TEM)对SSOI的晶体质量进行了表征。结果表明,超薄SSOI的表面粗糙度(RMS)为0.446 nm,顶层Si的应变度为0.91%,顶层应变硅层厚度为18 nm,且具有高的晶体质量。     

铜丝键合塑封器件开封方法的改进研究

通过分析塑封器件的开封过程中使用传统的化学开封方法的关键过程和制约因素,并进行了相应的改进,设计出一种将激光烧蚀和化学腐蚀相结合的铜丝键合塑封器件的开封方法;通过在不同的开封温度和浓酸配比条件下进行效果对比,总结出该方法开封铜丝器件的关键因素和推荐参数,对开封铜丝键合器件具有一定的指导作用。     

超声引线键合点形态及界面金属学特征

采用超声键合的方法,研究了键合点的形成原因,通过SEM及EDX分析发现超声键合过程中存在扩散现象.对键合点进行了老化试验,考察了键合点上25μm直径的质量分数为Al 1%Si引线的组织演变情况,在170℃下,随着老化时间的延长,键合点上引线内部形成了大量的微裂纹和孔洞,连接成线,与超声振动方向平行,分析了产生原因以及对键合点可靠性的影响.     

在管壳柯伐柱上敷铝以铝-铝系统代替金-铝系统

文中对管柱上金-铝键合的相连方法,在高温下因生成有害的金属间化合物而失效的机理进行了初步分析,其主要原因是称为“白斑”的物质所引起;而管柱上金-铝键合的互连,在煮盐水中所引起的失效是电化学腐蚀。 在金属圆管壳的柯伐柱端面,进行机械研磨、抛光后,分别“用甲苯、丙酮、乙醇清洗,用选择性蒸发法敷铝,最后于真空炉中进行一定时间的热处理而成。 以铝-铝键合的互连系统和金-铝键合的互连系统进行了对比加速试验,300℃高温贮存224小时后,用测克计检查其键合点的抗拉强度,金-铝键合的互联,绝大部分脱键,其拉力值为零;而铝-铝键合的互联,大部分在铝丝中间拉断,其拉力值0.5～1克。 煮盐水的对比试验明显可以看出,敷铝管壳的铝丝与柯伐柱敷铝处的键合点,大部分是完好的;而镀金管壳的铝丝与柯伐柱镀金处的键合点,绝大部分被腐蚀断。 实验结果明显表明,铝-铝互连系统优越于金-铝互联系统。 文中对加速试验的结果有实验数据,并列有表格和样品照片。     

电解质类污染物对Au-Al键合界面的可靠性影响

初步探讨了Au-Al键合界面处于电解质类污染物中发生的失效行为及其机理。分析认为电解质类污染物作用于Au-Al键合界面后,发生了电化学腐蚀反应而加速Au-Al键合提前失效。在实际生产中,实施多芯片组件组装、调试与检验全过程的质量过程控制以及确定多芯片组件合适的气密封指标可以有效排除外来污染物对Au-Al键合界面可靠性的不利影响。     

镀钯铜丝芯片键合工艺控制和可靠性研究

随着金价的不断上升,集成电路封装成本越来越高。为此,集成电路封装厂商纷纷推出铜线键合来取代金丝键合,以缓解封装成本压力。但是纯铜丝非常容易氧化,为了提高键合生产效率及产品可靠性,目前封装厂商主要采用镀钯铜丝作为键合丝。对集成电路镀钯铜丝键合生产技术和工艺控制方法进行了探讨,并和金丝及纯铜丝工艺控制进行了比较分析。对镀钯铜丝键合工艺主要失效模式进行了介绍和说明,并就弹坑检测试验方法进行了比较分析和总结。特别是对特殊产品的弹坑检测试验如何才能确保结果准确,进行了实例分析。     

高级IC封装中新兴的细铜丝键合工艺

在铜丝或铜条长期应用于分立器件及大功率器件的同时,近年又出现了晶片的铜金属化工艺。由此,业内人士采用铜作为丝焊键合的一种材料,进而带来了一些新工艺的研究。结果证实,铜金属化使电路的线条更细、密度晚高。因而铜丝可以作为一种最有发展前景及成本最低的互连材料替换金丝,进行大量高引出端数及小焊区器件的球形或楔形键合工艺。本文要阐述了铜丝键合工艺在IC封装中的发展现状及未来发展方向。     

2198铝锂合金激光填丝焊接接头腐蚀行为

2198铝锂合金具有密度低、力学性能好、比强度高、耐高温、可塑性强等优点,是航空航天领域理想的结构材料。针对2198铝锂合金填充ER4047 Al-Si焊丝激光焊接接头的显微组织及在质量分数为3.5%的Na Cl溶液中的腐蚀行为进行研究。利用光学显微镜、扫描电镜及透射电镜对焊接接头微观组织形貌、析出相的种类及分布研究的基础上,室温下采用浸泡实验法和电化学腐蚀法对母材和焊缝腐蚀行为进行了系统的研究。结果表明,2198铝锂合金母材组织较粗大,晶粒沿轧制方向生长,在粗大的组织中随机分布着尺寸在几百纳米左右的颗粒状和针状的T1相,而填充ER4047 Al-Si焊丝激光焊接后,热影响区极窄、焊缝组织细小、成分均匀、析出相的种类多样,呈等轴细晶状组织,靠近熔合线处组织呈垂直于熔合线生长的柱状晶。室温下在质量分数为3.5%的Na Cl溶液中,焊缝和热影响区为均匀腐蚀,腐蚀斑点面积小、蚀点浅。母材为点蚀,随着浸泡时间增加,腐蚀斑点面积变大、蚀点加深。焊缝的开路电位、自腐蚀电位和极化电阻均高于母材,腐蚀电流密度则小于母材。     

激光冲击强化对AZ91镁合金的电化学腐蚀行为的影响

采用电化学测量技术和透射电镜,研究了激光冲击强化(LSP)后的AZ91镁合金在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的耐蚀性能。结果表明:经过激光冲击后,AZ91镁合金内产生大量位错,大量的位错发展为位错缠结。在3.5%NaCl溶液中,激光冲击后的镁合金阻抗值显著增加,腐蚀电流密度显著降低。随着激光冲击次数的增加,AZ91镁合金的自腐蚀电位正移,腐蚀电流密度降低,耐腐蚀性能提高。     

不同氧含量的激光熔覆层耐点蚀性能研究

为弄清O含量对钢耐点蚀性能的影响规律,研究4种不同O含量的激光熔覆层样品的点蚀诱发和点蚀扩展行为.在pH为10的3%(质量分数)NaCl溶液中进行极化实验和交流阻抗实验,比较钢的点蚀诱发敏感性;在人造海水中进行模拟闭塞腐蚀电池试验,评价样品的点蚀扩展速度;用扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)分析熔覆层的夹杂物组成...     

多孔硅层湿法腐蚀现象的研究

阳极氧化法制备的多孔硅层分别经 1% HF、 1% NH3 / H2 O2 和 0 .0 5 % Na OH三种溶液在室温下进行湿法腐蚀 ,并用傅里叶变换红外光谱 (FTIR)和扫描电子显微镜 (SEM)对其变化进行了研究。腐蚀后多孔硅的表面形貌出现明显的刻蚀现象。红外吸收光谱表明 ,在用 1% NH3 / H2 O2 溶液腐蚀时 ,多孔硅层中 Si- O键和 Si- H键的强度增加 ,H- O键的强度下降 ;用 1% HF溶液和 0 .0 5 % Na OH溶液的腐蚀结果正好相反。 0 .0 5 %Na OH溶液对多孔硅层的腐蚀现象类似于强碱性溶液对单晶硅腐蚀表现出的各向异性 ,对多孔硅层厚度的腐蚀速度比 1% HF溶液的高