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1、打线键合（Wirebonding）成都工业学院微电子专业1024107王倩第一章概论1.1简介1.2工艺方法1.2.1超声焊接1.2.2热压焊接1.2.3热声焊接1.3特点第二章线材2.1纯金属2.1.1金丝2.1.2铝丝2.1.3铜丝2.2金属冶金系2.2.1Au-Au系2.2.2Au-Al系2.2.3Au-Cu系2.2.4Au-Ag系2.2.5Al-Al系2.2.6Al-Ag系2.2.7Al-Ni系2.2.8Cu-Al系2.3材料选择2.3.1引线2.3.2焊盘材料2.4选材要求3.3键合工具3.3.1楔形劈刀3.3.2毛
2、细管劈刀3.4键合点设计3.4.1输入因素3.5键合参数3.6键合评价3.7细间距能力比较3.8弧度走线方向第三章键合3.1键合方式3.1.1球形键合3.1.2楔形键合3.1.3比较3.2键合设备第四章失效4.1键合失效4.1.1焊盘清洁度4.1.1.1卤化物4.1.1.2镀层涂覆时的污染4.1.1.3硫4.1.1.4多种有机物污染4.1.1.5其他导致腐蚀或者破坏可键合性的物质4.1.1.7人为因素4.1.2焊盘产生弹坑4.1.3键合点开裂和翘起4.1.3.1开裂原因4.1.4键合点尾部不一致4.1.5键合点剥离4.1.6引
3、线框架腐蚀4.2可靠性失效4.2.1IMC的形成4.2.1.1原因4.2.1.2空洞形成4.2.2丝线弯曲疲劳4.2.3键合点翘起4.2.4键合点腐蚀4.2.5金属迁移4.2.6振动疲劳第五章清洗5.1概述5.2清洗方法5.2.1等离子体清洗5.2.2紫外臭氧清洗第六章应用6.1范围6.2实例第七章未来发展第一章1.1简介用金属丝将芯片的I/O端与对应的封装引脚或者基板上布线焊区互连,固相焊接过程,采用加热、加压和超声能,破坏表面氧化层和污染,产生塑性变形,界面亲密接触产生电子共享和原子扩散形成焊点,键合区的焊盘金属一般为Al
4、或者Au等,金属细丝是直径为几十到几百微米的Au、Al或者Si-Al丝。1.2工艺方法超声焊接:利用超声波(60~120KHz)发生器使劈刀发生水平弹性振动,同时施加向下的压力。使得劈刀在这两种力作用下带动引线在焊区金属表面迅速摩擦,引线受能量作用发生塑性变形,在25ms内与键合区紧密接触成焊接。常用于Al丝的键合。键合点两端都是楔形。热压焊:利用加压和加热,使得金属丝与焊区接触面的原子间达到原子的引力范围,从而达到键合目的。基板和芯片温度达到约150°C,常用于金丝的键合,一端是球形,一端是且楔形,常用于金丝的键合。热声焊:
5、用于Au和Cu丝的键合。它也采用超声波能量,但是与超声不同点的是:键合时要提供外加热源、键合丝线无需磨蚀掉表面氧化层。外加热量的目的是激活材料的能级,促进两种金属的有效连接以及金属间化合物(IMC)的扩散和生长。。1.3历史和特点1957年Bell实验室采用的器件封装技术,目前特点如下:已有适合批量生产的自动化机器,键合参数可精密控制,导线机械性能重复性高速度可达100-125ms/互连(两个焊接和一个导线循环过程)间距达50um而高度可低于劈刀的改进解决了大多数的可靠性问题根据特定的要求,出现了各种工具和材料可供选择已经形成
6、非常成熟的体系第二章2.1纯金属金丝：广泛用于热压和热声焊,丝线表面要光滑和清洁以保证强度和防止丝线堵塞,纯金具有很好的抗拉强度和延展率,高纯金太软,一般加入约5-10ppm重量的Be或者30-100ppm的Cu,掺Be的引线强度一般要比掺Cu的高10-20%。铝丝：1.纯铝太软而难拉成丝,一般加入1%Si或者1%Mg以提高强度。2.室温下1%的Si超过了在铝中的溶解度,导致Si的偏析,偏析的尺寸和数量取决于冷却数度,冷却太慢导致更多的Si颗粒结集。Si颗粒尺寸影响丝线的塑性,第二相是疲劳开裂的萌生潜在位置。3.掺1%镁的铝丝
7、强度和掺1%硅的强度相当。4.抗疲劳强度更好,因为镁在铝中的均衡溶解度为2%,于是没有第二相析出。铜丝：1.最近人们开始注意铜丝在IC键合中的应用,2.便宜,资源充足,3.在塑封中抗波动(在垂直长度方向平面内晃动)能力强,4.主要问题是键合性问题,5.比金和铝硬导致出现弹坑和将金属焊区破坏,6.由于易氧化,要在保护气氛下键合。2.2金属冶金系Au-Al系：1.是最常见的键合搭配,2.容易形成AuAl金属间化合物,如Au5Al2(棕褐色),Au4Al(棕褐色),Au2Al(灰色),AuAl(白色),andAuAl2(深紫色),3
8、.AuAl2即使在室温下也能在接触界面下形成,然后转变成其他IMC,带来可靠性问题4.这些IMC晶格常数、机械、热性能不同,反应时会产生物质移动,从而在交界层形成可见的柯肯达尔效应(Kirkendallvoids.),或者产生裂纹。Au-Cu系：1.金丝键合到铜引脚上情形,2
