功率外壳粗铝丝键合可靠性工艺研究

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1、南事理二大学硕士学位论文功率外壳粗铝丝键合可靠性工艺研究侯育增指导教师：皮德富教授论文级别：作者单位：出版时间：夏俊生高工季口㈣删NanjingUniversityofScienceandTechnologyMaster，SThesis0fEngineeringPowerModuleExternalMetalCaseThick-AluminumWire-BondingReliabilityTechnicalResearchBy—HouYuzengUndertheSupervisionofProfessorPiDefuSen

2、iorEngineerXiaJunshengEastChinaInstituteofPhoto．ElectronICMay，2013声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生躲魁沙脾r月纺日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部

3、内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生虢隼盔鲎加J3年咖矿日工程硕士学位论文功率外壳粗铝丝键合可靠性工艺研究摘要厚膜功率混合集成电路相比PCB等其它形式的功率模块，具有高性能、高密度、小体积、轻重量、高可靠的明显优势，使其在航空、航天、军用通讯等高端领域得到越来越多的应用。这些高端应用又对功率混合集成电路的高可靠性提出更高的技术要求。其中，厚膜功率电路的外壳大电流电学互连通常采用传统的镀银铜线锡焊方式，该焊接方式存在电路工作温度

4、升高后引起焊料融化导致焊接可靠性下降的致命问题，是影响厚膜功率电路高可靠性的瓶颈之一。因此，研究厚膜功率电路金属外壳粗铝丝键合可靠性，替代外引线锡焊方式，对提高厚膜功率电路高可靠性具有十分重要的意义。本文从厚膜混合集成电路的引线互连技术入手，详细介绍了各类常见引线键合技术，阐述了功率电路中铝带键合、粗铝丝键合、金带键合、铜丝键合的优缺点，并对当前国内外厚膜功率电路金属外壳大电流互连技术的特点和现状进行了分析。为厚膜功率电路金属外壳粗铝丝键合可靠性的试验分析和研究打下基础。厚膜功率电路金属外壳粗铝丝键合对可靠性提出较高的要求

5、，要求高可靠的键合线、与键合线相匹配的金属外壳、以及优化的键合参数。此次工艺研究主要针对厚膜功率电路中的常规镀Au引线外壳、厚镀镍引线外壳、及新型薄镀金引线外壳的键合工艺条件、可靠性、适用性进行了详细的对比试验。主要试验设备选取美国OE公司生产的ld20型手动粗铝丝键合机、英国Dage司生产的4000型手动拉力测试仪，并按国军标相关要求对其键合质量进行严格控制。通过对比不同外引线键合技术的可靠性差异，并依据系统的可靠性筛选试验验证，给出最佳的厚膜功率电路金属外壳粗铝丝键合方式，是本次试验研究的设计依据。试验过程中充分利用数

6、理统计学观点，从大量的试验中统计出具有代表性、关键性的数据，同时运用简单直观的图表对试验结果进行分析，使试验结果一目了然。通过对键合线、金属外壳材料、引线柱尺寸、键合参数、键合质量的诸多影响因素的广泛工艺试验、筛选验证，最终总结出厚膜功率电路金属外壳粗铝丝键合的相关设计规范、工艺条件、对应可靠性、工艺禁忌等问题。通过对影响厚膜功率电路金属外壳粗铝丝键合的各种主要因素的广泛试验研究，为拓展厚膜功率混合电路更大电流的键合互连工艺具有较大的参考价值。关键词：引线键合厚膜混合集成电路功率AbstractComparingtopow

7、ermodulesmadeofothermodes．theThick—filmHybridPowermodulesmaintainsobviousadvantagesintermsofhighperformance．highdensity．smalldimension．1ightweight．andhighreliability．ithasbeenwidelyusedgraduallyinhigh—endareasasaerospace．astronauticsandmilitarytelecommunication．Th

8、eapplicationinthesehigh—endapplicationsthuspointoutmuchhighertechnicalrequirementswiththereliabi1ityperformanceofThick-filmHybridPowermodules．Amongthem．