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。     

镀Pd Cu线键合工艺中Pd行为研究

由于Cu线热导率高、电性能好、成本低,将逐渐代替传统Au线应用于IC封装.但Cu线键合也存在Cu材料本身固有特性上的局限:易氧化、硬度高及应变强度等.表面镀Pd Cu线材料的应用则提供了一种防止Cu氧化的解决方案.然而,Cu线表面的Pd层很可能会参与到键合界面形成的行为中,带来新的问题,影响到Cu线键合的强度和可靠性.对镀Pd Cu线键合工艺中Pd的行为进行了系统的研究,使用了SEM,EDS等分析手段对cu线、烧结Cu球(FAB)、键合界面等处Pd的分布状况进行了检测,结果证明Pd的空间分布随着键合工艺的进行发生了很大的变化,同时还对产生Pd分布变化的原因进行了分析和讨论.     

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。     

基于温冲应力环境的Au-Al键合可靠性

为了适应半导体器件的高可靠要求,对Au-Al键合抗温变应力性能进行了考核。试验结果表明,Au—Al键合具有较好的抗热疲劳性能,键合界面处无裂纹产生,且机械性能良好。然而试验中的高温应力导致金铝间形成了电阻率较高的化合物Au5Al2,引起键合失效。并对目前工艺水平下的Au-Al键台可靠性进行了评价,预测了键合寿命。     

铜丝球焊键合工艺研究

本文采用MW—EFO金属丝形球装置与JWYH—2型超声热压金丝球焊机进行了φ35μm的纯铜丝的球焊键合试验。对铜丝在不同的超声键合功率及超声作用条件下球焊焊点的拉脱力进行了测定,试验结果表明,铜丝球焊具有较高的键合强度,其焊点拉脱力最高可达20克,这一结果明显优于金丝球悍的焊点强度。本文还用扫描电镜对铜丝球焊焊点的形貌进行了观察分析。     

基于Si基芯片的Au/Al键合可靠性研究

对集成电路中常见的Au、Al键合的可靠性进行研究,重点分析高温条件持续时间对引线键合的影响。采用镜检和拉力测试的方法对引线键合点的形貌和强度进行检验,并根据拉力测试数据拟合出高温时间与拉力的关系曲线。最后,基于固相反应原理,给出高温状态下Au-Al系统金属间化合物的演变过程分析。结果表明,Al/Au键合界面比Au/Al界面在高温环境下的可持续工作时间更长。     

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。     

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

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。     

不同状态的Si-Al丝对键合点根部损伤的影响

键合点根部损伤是Al丝超声键合工艺中最常见的问题,严重的根部损伤不仅使焊点的键合强度降低,甚至会使键合点失效。通过优化键合机器的工艺参数、分析键合丝的组分和采取不同的退火条件,研究Al丝超声键合中,键合点根部损伤的程度,为键合丝的选用和提高Al丝超声键合强度提供依据。     

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。     

非破坏性键合拉力拉钩位置偏离对键合可靠性影响分析

针对非破坏性键合拉力试验拉钩位置偏离情况,分析了键合丝受力大小的影响因素,讨论了拉钩位置偏离对键合丝状态的影响情况,并设计了可靠性验证方案,通过试验对比,表明非破坏性键合拉力试验拉钩位置偏离对键合可靠性影响有限。     

硅片键合强度测试方法的进展

键合强度是关系到键合好坏的一个重要参数。本文介绍了键合强度测试方法的理论基础;随后列举了几种常见的测量方法,包括裂纹传播扩散法、静态流体油压法、四点弯曲分层法、MC测试方法、直拉法及非破坏性测试方法(超声波测试法和颗粒法)。分析了各种方法的优缺点：裂纹传播扩散法操作简单,但它受测量环境、如何插入刀片等因素的影响,而且只适合于较弱的键合强度测试;对于较强的键合强度还是采用直拉法来测量,但它受到拉力手柄粘合剂的限制;对于器件中的键合强度测量采用MC测试方法更为适宜;超声波测试法现在只适用于弱键合强度。本文能对键合强度测量方法的开发、改进工作有所帮助。     

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。     

银键合丝力学性能对键合质量的影响

通过调节微合金元素的含量获得3种具有不同力学性能的银键合丝.利用拉伸试验、键合试验、焊线挑断力、焊球推力测试等手段,研究了银键合丝力学性能对键合质量的影响.结果表明,在延伸率相同的条件下,随着微合金元素含量的降低,3种键合丝的断裂负荷降低,初始模量先减小后增大,键合后焊线挑断力和焊球推力均降低,电极金挤出率先减小后增大.银键合丝初始模量较低时在超声和压力的作用下易于变形,焊线内残余应力较低且第二焊点与引线框架结合较好,因此挑断测试时第二焊点与框架材料界面处不易发生脱离,有利于获得更高的键合成功率.     

发光二极管引线键合可靠性探讨

本文简要地描述发光二极管金丝引线键合过程,讨论分析了影响其键合可靠性的主要因素,说明了键合质量的评价方法,提出了增强键合可靠性的措施,以达到提高发光二极管寿命的目的.     

金属外壳引线键合可靠性研究

引线键合以工艺简单、成本低廉、适合多种封装形式的优势,在连接方式中占主导地位。其中把内部电路与金属外壳内引线柱之间的连接称为引线键合,目前90%以上的封装管脚采用引线键合连接。引线键合强度和可靠性不仅与键合工艺有关（比如键合工艺参数、键合设备、操作技能等因素）,而且与外壳引线的镀覆结构、镀层厚度、内引线柱高度等因素密切相关。文章简要介绍了引线键合工艺的基本原理,通过试验分析并比较了金属外壳镀覆结构、镀层厚度、内引线柱高度对键合可靠性的影响,提出了优化键合可靠性的外壳设计原则。     

键合丝随机振动应力极限仿真分析

利用Pro/E与ANSYS联合仿真,对不同材料、 丝径、 键合形式和跨度的键合丝的振动应力极限进行了分析研究.基于键合工艺及其特点在Pro/E中建立了键合丝参数化三维模型,并利用ANSYS对参数化模型进行了模态及随机振动仿真分析,获得了球键合金丝与楔键合硅铝丝在不同丝径、 跨度等条件下的极限功率谱密度,研究结果可为键合丝的选型提供参考.