銅線鍵合注意.doc

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1、銅絲鍵合工藝及操作注意事項(xiàng)對(duì)鍵合銅絲產(chǎn)生彈坑問(wèn)題的相關(guān)原理的解釋鍵合銅絲作為微電子工業(yè)的新型材料,已經(jīng)成功替代鍵合金絲應(yīng)用于半導(dǎo)體器件后道封裝中。隨著單晶銅材料特性的提升和封裝鍵合工藝技術(shù)及設(shè)備的改進(jìn),銅絲在硬度，延展性等指標(biāo)方面已逐漸適應(yīng)了半導(dǎo)體的封裝要求。其應(yīng)用已從低端產(chǎn)品向中高端多層線、小間距焊盤產(chǎn)品領(lǐng)域擴(kuò)展。因而，在今后的微電子封裝發(fā)展中，銅絲焊將會(huì)成為主流技術(shù)。采用銅絲鍵合工藝不但能降低半導(dǎo)體器件制造成本，更主要的是作為互連材料，銅的物理特性優(yōu)于金。目前，銅絲鍵合工藝中有兩個(gè)方面應(yīng)予以高度重視：一是銅絲儲(chǔ)存及使用條件對(duì)環(huán)境要求高，特別使用過(guò)程保護(hù)

2、措施不當(dāng)易氧化；二是銅絲材料特性選擇、夾具選擇、設(shè)備鍵合參數(shù)設(shè)置不當(dāng)在生產(chǎn)制造中易造成芯片焊盤鋁擠出、破裂、彈坑、焊接不良等現(xiàn)象發(fā)生，最終將導(dǎo)致產(chǎn)品電性能及可靠性問(wèn)題而失效。因此，銅絲鍵合應(yīng)注意以下工藝操作事項(xiàng)及要求，以確保銅絲鍵合的穩(wěn)定及可靠性。1、銅焊線的包裝和存放：銅具有較強(qiáng)的親氧性，在空氣中銅絲容易氧化，所以銅絲必須存放于密封的包裝盒中以減少環(huán)境空氣中帶來(lái)的氧化現(xiàn)象。于是要求各卷銅焊線必須采用吸塑包裝，并在塑料袋內(nèi)單獨(dú)密封。貯藏時(shí)間一般為在室溫（20～25℃）下4～6個(gè)月。銅絲一旦打開(kāi)包裝放于焊線機(jī)上，銅絲暴露于空氣中即可產(chǎn)生氧化。原則上要求拆封的

3、銅絲在48小時(shí)（包括焊線機(jī)上的時(shí)間）內(nèi)用完為好，最長(zhǎng)不超過(guò)72小時(shí)。2、惰性保護(hù)氣體：對(duì)于銅絲球焊來(lái)說(shuō)，在成球的瞬間,放電溫度極高,由于劇烈膨脹,氣氛瞬時(shí)呈真空狀態(tài),但這種氣氛很快和周圍的大氣相混合，常造成焊球變型或氧化。氧化的焊球比那些無(wú)氧化層的焊球明顯堅(jiān)硬，而且不易焊接。目前，銅絲鍵合新型EFO工藝增加了一套銅絲專用裝置（K&S公司配置相對(duì)封閉的防氧化保護(hù)裝置），是在成球及楔線過(guò)程中增加惰性氣體保護(hù)功能，以確保在成球的一瞬間與周圍的空氣完全隔離，以防止焊球氧化。通常保護(hù)氣體有兩種防氧化方式：一種是采用純度為5個(gè)“9”以上的100%氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體；另一

4、種是采用90～95%氮?dú)夂?～10%氫氣的保護(hù)加還原的混合氣體。在焊接過(guò)程中，氮?dú)夥乐寡鯕馀c銅發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)適量的氫氣作為還原氣體以去掉銅表面的氧化層。目前，大部分生產(chǎn)廠家現(xiàn)工藝趨向使用混合保護(hù)氣體。但是，還應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：⑴高壓打火桿的上表面與對(duì)應(yīng)的氣體噴嘴的下表面應(yīng)處在同一個(gè)平面上，以確保燒球時(shí)氣體保護(hù)良好；⑵保護(hù)氣體加在易出現(xiàn)氧化的高壓打火桿燒球點(diǎn)（EFO過(guò)程）與工作臺(tái)的芯片加熱區(qū)域，流量一般為1L/min左右。流量大小主要視銅球的氧化顏色與銅球的焊接形狀而定,太大會(huì)出現(xiàn)高爾夫球情況，太小則會(huì)影響保護(hù)作用；⑶保護(hù)氣體的氣嘴盡可能靠近劈刀，以保證氣

5、體最大范圍的保護(hù)工作面。⑷在設(shè)備上加一套銅絲專用裝置（Copper Kit），這套裝置利用惰性氣體保護(hù)暴露在空氣中的銅線和引線框架。雖然主要的氧化作用在球鍵合過(guò)程中發(fā)生，但設(shè)置適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)氣體對(duì)第二步鍵合工藝也是有益的。3、劈刀的選用：銅絲選用的劈刀與表面的焊接力。同時(shí)還要注意以下劈刀形狀尺寸差異：⑴銅絲劈刀T面要稍大一點(diǎn)，太小第二壓點(diǎn)（2nd）容易切斷造成拉力不夠或不均勻；⑵銅絲劈刀CD可基本保持不變，太大或太小都容易出現(xiàn)不粘等現(xiàn)象；⑶銅絲劈刀H（孔徑）比銅絲直徑大8μm即可，太小容易在頸部拉斷；⑷銅絲劈刀CA可適當(dāng)減小角度值，大了易造成線弧不均

6、勻，但太小線弧頸部容易拉斷；⑸銅絲劈刀FA選用一般要求8度以下（4-8度）；⑹銅絲劈刀OR選用與金絲大同小異。4、銅絲工藝對(duì)框架的要求：對(duì)于框架的第二焊點(diǎn)是銅絲鍵合質(zhì)量的一個(gè)挑戰(zhàn)，首先，銅絲氧化可能導(dǎo)致焊接點(diǎn)和引線框架之間界面間強(qiáng)度減弱，而且由于氧化作用焊接點(diǎn)容易脆裂，即容易產(chǎn)生焊點(diǎn)脫落或拉力強(qiáng)度低；其次，銅鍵合在第二焊點(diǎn)需設(shè)置更高的鍵合參數(shù)，從而在控制焊接形貌上存在難度，并且需要調(diào)整引線框架（引線端）的設(shè)計(jì)以能夠經(jīng)受更高的鍵合參數(shù)。因此，要求達(dá)到：⑴框架表面光滑、鍍層良好。如Ag預(yù)鍍表面框架的銀層厚度應(yīng)控制在0.03mm～0.06mm；⑵管腳共面性良好，

7、不允許有扭曲、翹曲等不良現(xiàn)象。管腳表面粗糙和共面性差的框架拉力無(wú)法保證且容易出現(xiàn)翹絲和切線造成的燒球不良，壓焊過(guò)程中容易斷絲及出現(xiàn)尾部過(guò)短的現(xiàn)象。⑶銅絲對(duì)于Ag預(yù)鍍表面框架鍵合具有良好的焊接性能，合理的設(shè)置焊接參數(shù)即可達(dá)到質(zhì)量要求。而對(duì)于NiPdAu預(yù)鍍表面框架，則需要更長(zhǎng)的鍵合時(shí)間和大的待機(jī)功率來(lái)提高第二鍵合期間的引線穩(wěn)定性。5、壓焊夾具的選用：銅絲產(chǎn)品對(duì)壓焊夾具的選用要求非常嚴(yán)格，首先夾具制作材料要選用得當(dāng)，同時(shí)夾具表面要光滑，要保證載體和管腳無(wú)松動(dòng)，否則將直接影響產(chǎn)品焊接過(guò)程中燒球不良、短線、翹絲等一系列焊線問(wèn)題。6、銅絲與金線在工藝參數(shù)上的區(qū)別：在

8、銅絲鍵合中需要考慮的基本參數(shù)有鍵合和接觸的功率/力/時(shí)間。相比金絲