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。     

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。     

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。     

芯片铝焊盘上不同金属丝键合质量研究

金属键合丝是半导体封装中非常关键的材料,它直接影响到键合的工艺表现和互连的可靠性。以不同金属丝(金丝、钯铜丝、金钯铜丝、银丝)和芯片铝焊盘第一焊点的键合为研究对象,分析对比各金属丝作为键合丝材料本身的基本性质、与铝焊盘键合第一焊点的工艺性能、与铝焊盘键合第一焊点的可靠性,发现其工艺性能和可靠性都满足半导体封装的键合要求。可靠性试验显示,各金属丝与铝焊盘之间的金属间化合物生长速度不同,但与可靠性失效无直接关系;可靠性失效都是由于金属丝焊球与铝焊盘脱落造成的;选择不同金属丝键合可满足不同的可靠性要求。     

铜丝球焊工艺的理论与实践

阐述了铜丝替代金丝的理论可行性与在实际应用中所需注意的要点,如防氧化装置、防弹坑键合参数、铜丝劈刀的参数要点等,最后对铜丝球焊的可靠性及几种重要的失效模式进行了探讨分析。     

铜线SSB互联技术的难点及工艺控制

分析了引线框架封装中铜丝键合的SSB (Stand-off Stitch Bond)互联的各种技术难点,并研究和验证了解决方案。从芯片、制具、材料、工艺等方面,分析了芯片的表面质量、键合夹具、键合劈刀等对铜丝SSB工艺的关键影响。研究了不同保护气体下的无空气球（FAB）尺寸的稳定性和不同保护装置中FAB形状的稳定性,以及防止铜丝SSB键合焊盘损伤和控制“铝挤出”的技术。确定了SSB工艺控制的要点及改善方法,并通过试验证实了所述措施与方法的有效性。     

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。     

铜丝键合工艺在微电子封装中的应用

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使用，进而开始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、密度更高。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，可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。主要阐述铜丝键合工艺在微电子封装中的现状及未来发展方向。     

微电子器件封装铜线键合可行性分析

虽然在集成电路封装工艺中金导线键合是主流制程,但是目前采用铜导线替代金导线键合已经在半导体封装领域形成重要研究趋势。文章对微电子封装中铜导线键合可行性进行了分析,主要包括铜导线与金导线的性能比较(包括电学性能、物理参数、机械参数等),铜导线制备和微组织结构分析,铜导线焊合中的工艺研发及铜导线焊合可靠性分析等。当今半导体生产商关注铜导线不仅是因为其价格成本优势,更由于铜导线具有良好的电学和机械特性,同时文中也介绍了铜导线键合工艺存在的诸多问题和挑战,对将来铜导线在集成电路封装中的大规模应用和发展具有一定的参考意义。     

浅谈镀钯铜线的特性

随着金线价格一路上涨并创下历史新高,大型封装厂正在加大对铜线制程的投入。通过封装厂多年的摸索,发现镀钯铜线是金线很好的替代品。文章分析了镀钯铜线作为键合线材料本身的基本性质,镀钯铜线引线键合的特征和镀钯铜线PCT实验的可靠性。通过分析发现镀钯铜线材料本身有优良的导电和导热特性,同时还有很好的抗氧化性。镀钯铜线在键合过程中需要保护气体的保护,通过硬度实验发现镀钯铜线的硬度较大,因此需要在键合过程中防止弹坑的出现。通过PCT实验证实镀钯铜线具有较好的可靠性。     

Challenges and developments of copper wire bonding technology

Copper wire bonding has been studied for more than two decades. While copper wire bonding has many advantages over gold wire bonding, many challenges have to be solved to meet its application requirements. This paper presents the measures to overcome Cu oxidation, the optimization of bonding parameters and the improvement in capillary design. The reliability mechanism of copper wire bonding is described from the standpoints of IMC growth, pad Al squeeze and the ability of wire looping. The challenges of copper wire bonding on low-k wafers and some solutions are also briefly introduced.     

Overview of wire bonding using copper wire or insulated wire

Wire bonding using copper or insulated wire leads to many advantages and new challenges. Research is intensively performed worldwide, leading to many new findings and solutions. This article reviews recent advances in wire bonding using copper wire or insulated wire for advanced microelectronics packaging. Journal articles, conference articles and patents published or issued recently are reviewed. The benefits and problems/challenges related to wire bonding using copper wire or insulated wire such as wire open and short tail defects, poor bondability for stitch/wedge bonds, oxidation of Cu wire, and stiff wire on weak support structures, are briefly analyzed. A number of solutions to the problems and recent findings/developments related to wire bonding using copper wire or insulated wire are discussed. With the references provided, readers may explore more deeply by reading the original articles and patent documents.     

Copper Wire Bonding Concerns and Best Practices

Copper wire bonding of microelectronic parts has developed as a means to cut the costs of using the more mature technology of gold wire bonding. However, with this new technology, changes in the bonding processes as well as bonding metallurgy can affect product reliability. This paper discusses the challenges associated with copper wire bonding and the solutions that the industry has been implementing. The paper also provides information to enable customers to conduct qualification and reliability tests on microelectronic packages to facilitate adoption in their target applications.     

Room temperature wedge-wedge ultrasonic bonding using aluminum coated copper wire

The purpose of this work is to evaluate the feasibility of room temperature wedge-wedge bonding using commercially available copper wires, coated with aluminum. Bonding quality, reliability and aging resistance of the wire bonds have been investigated using standard wire pull tests immediately after bonding and after accelerated life tests, including temperature storage at 125 °C, 150 °C, and 200 °C for up to 2000 h. Using focused ion beam (FIB-) preparation and high resolution electron microscopy (SEM, TEM combined with EDX X-ray analysis), results of microstructure investigations of the Al-coating/Cu wire interface as well as of the bonding interconnect formed between the coated wire and the metallization on ceramic substrate will be presented. These investigations provide background information regarding the binding mechanisms and material interactions, and contribute to assess and to avoid potential reliability risks. Due to the found advantageous bond processing behavior and increased reliability properties, our results indicate that room temperature wedge-wedge bonding of coated copper wires has a remarkable application potential, for instance in medical and other high reliability as well as high power applications. It combines all known advantages of usual copper bonding like excellent contacting behavior, high reliability and favorable material price with the possibility of processing temperature damageable components and considerable improved storage capability. Therefore, room temperature bonding using coated copper wire can also reduce cycle time, manufacturing and material costs.     

高温存储下铜线键合焊点分析

采用铜引线键合工艺生产的电子元器件在服役中会产生热,引起引线与金属化焊盘界面出现IMC(intermetallic compound,金属间化合物)。IMC的生长和分布将影响键合点的可靠性,严重时会出现"脱键",导致元器件失效。研究了焊点在服役过程中的演化,选取铜线键合产品SOT-23为试验样品,分析了在高温存储试验环境下焊点键合界面IMC的生长及微观结构变化情况。     

铜线键合技术的发展与挑战

铜线键合技术近年来发展迅速,超细间距引线键合是目前铜线键合的主要发展趋势.介绍了铜线键合的防氧化措施以及键合参数的优化,并从IMC生长及焊盘铝挤出方面阐述了铜线键合的可靠性机理.针对铜线在超细间距引线键合中面临的问题,介绍了可解决这些问题的镀钯铜线的性能,并阐述了铜线的成弧能力及面临的挑战.