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1、引线键合详解第一章概论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
2、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
3、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
4、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.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,2.三种柔软的IMC相
5、(Cu3Au,AuCu,和Au3Cu)活化能在0.8到1电子伏特之间,它们在高温(200-325oC)时候由于柯肯达尔效应容易降低强度,3.强度的降低明显取决于微观结构、焊接质量和铜的杂质含量,4.表面清洁度对于可键合性以及可靠性至关重要,5.另外如果有机聚合材料用于晶片的连接,那么聚合材料要在保护气氛下固化以防止氧化。Au-Ag系：1.Au-Ag键合系的高温长时间可靠性很好,2.无IMC形成且无腐蚀3.金丝键合到镀银的引脚上已经使用多年4.硫的污染会影响可键合性5.常在高温下(约250oC)进行热声键合,以分离硫化银膜而提高可键合性。Al-Ag系：1.Ag-Al相图非常复杂,有
6、很多IMC,2.柯肯达尔效应容易发生,但是在工作温度以上,3.实际很少使用这种搭配,因为相互扩散和湿度条件下的氧4.氯是主要的腐蚀元素,5.键合表面必须要用溶剂清洗.然后用硅胶防护。Al-Ni系：1.Al-Ni键合使用直径大于75µm的Al线,以避免发生柯肯达尔空洞效应。2.应用于高温功率器件,如航行器的叶片。3.对于键合区,多数情况下Ni是通过硼化物或者磺胺溶液化学镀沉积的,而化学镍磷镀会引入6至8%的磷而影响可靠性,但是Ni的氧化也会产生可键合性的问题。镀Ni的键合应该进行化学清洗。Au-Au系：1.金丝线与金焊盘键合最可靠,2.没有界面腐蚀和金属间化合物形成,3.即使进行冷
7、超声也能形成键合,4.热压和热声焊很容易进行,5.表面污染严重影响热压焊的可键合性Al-Al系：1.极其可靠,无IMC,无腐蚀,2.超声键合更好Cu-Al系：1.在富铜的一边,会有5种IMC形成,于是失效和Au-Al系相似。2.但是IMC的生长较慢,无柯肯达尔效应。3.但是由于脆性相CuAl2生长,剪切强度在150-200oC会降低。4.在300-500oC,键合强度显著降低,由于总的IMC厚度增加。5.铜氧化物层的存在会提高可靠性。6.氯的污染会导致腐蚀2.3键合材料选择包括引
