SJ 21454-2018 集成电路陶瓷封装 硅铝丝键合工艺技术要求[电子]

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中华人民共和国电子行业标准FL6130SJ21454-2018集成电路陶瓷封装硅铝丝键合工艺技术要求Integratedcircuitceramicpackage-Technicalrequirementsforaluminum-siliconwirebondingprocess2018-01-18发布2018-05-01实施国家国防科技工业局发布

1SJ21454-2018目U吕本标准的附录A为资料性附录。本标准由中国电子科技集团公司提出。本标准由工业和信息化部电子第四研究院归口。本标准起草单位:中国电子科技集团公司第五十八研究所。本标准主要起草人:王波、廖小平、肖汉武、朱卫良、姚昕、常乾、王燕婷。

2SJ21454-2018集成电路陶瓷封装硅铝丝键合工艺技术要求1范围本标准规定了军用集成电路陶瓷封装硅铝丝键合工艺(以下简称硅铝丝键合工艺〉的一般要求和对原材料、设备、工艺流程、关键控制点及检验的详细要求。本标准适用于军用集成电路芯片与陶瓷外壳键合区的硅铝丝模焊键合工艺。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注明日期的引用文件，其最后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GBrr25915.1-2010洁净室及相关受控环境第1部分:空气洁净度等级GJB548B-2005微电子器件试验方法和程序GJB3007防静电工作区技术要求SJ21448集成电路陶瓷封装键合前检验要求3一般要求3.1人员硅铝丝键合工艺人员应满足以下要求:a)应掌握集成电路陶瓷封装工艺相关的基础知识;b)应掌握环境保护和职业健康安全相关的基础知识;c)应了解厂房的管理制度，自觉遵守人员着装、防静电操作要求等相关的各项规定;d)应熟练掌握硅铝丝键合工艺所需设备和仪器的操作方法，具备相应的操作能力。3.2设备、仪器和工装夹真硅铝丝键合工艺所用的设备和仪器应按规定进行计量校准。工装夹具应完好无损、洁净，规格尺寸应与工艺要求相适应。常用设备、仪器和工装夹具见表1。表1常用设备、仪器和工装夹具序号名称主要技术要求用途硅铝丝键合机键合功率、时间、压力、温度可控键合硅铝丝2烘箱最高温度不小于100.C，控制精度不超过士10.C键合区干'躁预处理3等离子清洗机功率、清洗时间、气体流量可控键合区洁净预处理4显微镜10倍~150倍检查、检验5键合强度测试仪满足GJB548B-2005方法2011.1和2023.2中设备要求开展引线抗拉强度试验6劈刀与所用硅铝丝键合机相匹配键合工具7键合夹具形状尺寸应与产品外形和键合机键合台面相匹配固定待键合产品8慑子防静电去除硅铝丝9鸽针防静电去除硅铝丝

3SJ21454-20183.3材料硅铝丝键合工艺所使用的材料和要求见表20表2常用材料序号名称主要技术要求用途硅铝丝含1%的硅键合引线2氧气纯度为99.99%等离子清洗用工艺气体3氢氧化铀溶液浓度1:4(体积比)弹坑试验用化学试剂3.4环境硅铝丝键合工艺所需环境应满足以下要求:a)环境温度15.C'""'--'30.C;b)相对湿度30%'"'-'65%;c)环境洁净度应达到或优于达到GB厅25915.1-2010中ISO7级规定:d)工作场所应整洁、干净，具有良好的通风和照明条件。3.5防静电硅铝丝键合工艺工作区应满足GJB3007中的要求。3.6安全硅铝丝键合工艺应注意以下安全事项:a)设备仪器电源应可靠接地，定期对设备仪器的水、电、气系统进行安全检查;a)设备仪器的操作应按照操作规程进行顺序操作;b)从烘箱中取出产品时，应佩戴隔热手套并确保烘箱内温度低于80.C。4详细要求4.1工艺流程硅铝丝键合工艺流程见图1。预处理(需要时〉图1硅铝丝键合工艺流程图4.2准备工作4.2.1文件准备工艺人员应准备工艺规范、检验规范、作业指导书等文件。4.2.2来料准备来料准备具体要求如下:a)工艺人员需按照工艺文件核对硅铝丝、劈刀、电路等来料的型号、数量、批号等;b)硅铝丝表面应干净无可见凸点、无杂质沾污、无皱折、无锈斑、无划痕;c)硅铝丝线轴及线轴的凸缘应干净、无变形、无损伤，退绕方向应正确:d)劈刀端部压焊区、送线口等部位应无损伤、无凸起、无脏物堵塞;e)待键合的电路应是按照SJ21448进行检验并合格的产品。2

4SJ21454-20184.2.3键合机准备键合机的准备，主要包括完成硅铝丝的穿线、劈刀的安装和键合机状态的检查。具体要求如下:a)根据产品的封装工艺文件，选用指定直径、型号的硅铝丝，并将己选用的硅铝丝按照键合机设备手册上的穿线路径穿出;b)根据焊盘尺寸和硅铝丝直径，选择合适的劈刀(表2为劈刀尺寸的推荐表)，并按照键合机设备手册上的步骤完成劈刀的安装:c)开启键合机的电源、压缩空气开关，检查键合机状态，超声波功率和模拟数码转换器电流应符合键合机设备手册上的范围要求。表3劈刀尺寸推荐表序号估算公式铝丝直径+15.24μm2焊盘尺寸-20.32μm4.3预处理硅铝丝键合前，可根据键合区表面状况选择对待键合产品进行预处理，预处理包括干燥预处理和洁净预处理，具体要求如下:a)干燥预处理:根据产品的尺寸、材料特性等选择合适的温度进行预烘，预烘温度应低于装片固化温度。装片固化后刚从固化炉中取出的产品可不进行预烘处理;b)洁净预处理:选用等离子清洗机进行清洗以提高键合区的清洁度。清洗后，当清洗界面与去离子水的浸润角大于90.C时，需调整工艺参数，直到达到清洗要求，浸润角示意图如图2所示。/丁、tej曼润角600浸润角小于90(允许)浸润角大于90(不允许)图2等离子清洗后不同浸润角示意图4.4键合4.4.1通则对于陶瓷封装产品的硅铝丝棋焊键合工艺，其参数包括键合功率、键合压力、键合时间。键合工艺参数的设置和调整，应根据键合点形变、键合引线抗拉强度等的测试值来进行设定，同时应考虑引线弧度、劈刀尺寸、键合区尺寸及其厚度、键合区材料、键合引线特性等众多因数。标准的键合工艺路径为:在芯片焊盘处形成第一焊点，第二焊点则是位于外亮键合区处，详见图3。a)芯片端键合点(第一点)b)陶瓷外壳端键合点(第二点)3

5SJ21454-2018c)完整的硅铝丝模焊图3硅铝丝模焊实物图4.4.2键合点形变设置键合机参数，使键合点形变控制满足以下要求:a)键合点宽度W应为引线直径的1.2----3.0倍;T-→~I第一键合点第二键合点图4键合点尺寸示意图b)键合点长度L应为引线直径的1.5----6.0倍;c)键合点尾丝长度T应小于引线直径的2.0倍;d)刀具压痕应完全覆盖整个引线宽度。4.4.3位置精度4.4.3.1芯片上键合控制键合点位置，位置精度应满足以下要求:a)芯片上的键合点应保证75%(不包括尾丝)以上的部分在芯片焊盘内;b)除公共导线外和键合区外，芯片上键合点(包括尾丝〉与无钝化层覆盖的金属化层、划片线槽、另一条硅铝丝、另一条硅铝丝的尾丝之间的水平距离应呈现出一条明显的分隔线，且间距缝隙应大于2.5Ilffi。4.4.3.2外壳键合区上键合控制键合点位置，位置精度应满足以下要求:a)键合点应位于键合区的有效区内:键合有效区为:既XL，如图7所示，W与=Wl-2A，L=键合区总长度2/3-A，其中A=W1XIO%，W1为键合区宽度;b)键合位置应平坦、清洁、无异物。4

6SJ21454-2018图5外壳键合区的有效键合区4.4.4键合弧线高度键合弧线高度控制应满足以下要求:硅铝丝与其他引线之间(公共引线除外)，与另一键之间、与未被玻璃钝化层覆盖的工作金属化层之间以及与封装外壳的任一部分(包括封装后封帽封接平面〉之间的距离d应大于等于1.0倍硅铝丝直径(B级)或2.0倍硅铝丝直径(S级)。图6键合弧线高度范围4.4.5键合线交叉控制键合硅铝丝排布，防止出现交叉短路，如图7所示，具体应满足以下要求:a)硅铝丝键合时，应避免出现硅铝丝交叉或跨越;b)对于多层封装，可允许跨越发生在较低层引线键合层的边界之内或向下键合的封装内，且两者之间的最小间隙应大于2.0倍硅铝丝直径。对于任何单独封装腔体，硅铝丝不能与一根以上的其他硅铝丝发生跨越，此种跨越不应多于4处或硅铝丝总数的10%，取其大者。俯视图外壳顶部下层上层图7多层键合硅铝丝交叉示意图5

7SJ21454-20184.4.6关键控制点4.4.6.1芯片焊盘金属化层强度的评价进行硅铝丝键合前，应对该批次芯片焊盘金属化层的强度开展评价试验，具体评价要求如下:a)抽取3只芯片，选择合适的基板进行贴片，用硅铝丝将焊盘逐个键合起来，不足22根引线的加大芯片抽取数:按照GJB548B-2005方法2011.1，使用22(0)的抽样方案进行抗拉强度测试，不应出现键合区脱落现象:的对下方有多层布线的芯片焊盘，键合完还必须进行弹坑检测，弹坑检测是通过化学药品对焊盘的铝层进行腐蚀，然后在显微镜下观察硅层或电路层是否被损伤，如有损伤需重新优化键合参数直至合格。4.4.6.2外壳键合区镀金层评价进行硅铝丝键合前，应对该批次陶瓷外壳键合区的镀金层开展评价试验，具体评价要求如下:抽取3只陶瓷外亮，用硅铝丝将键合区逐个键合起来，不足22根引线的加大外壳抽取数:按照GJB548B-2005方法2011.1，使用22(0)的抽样方案进行键合强度试验，镀金层不应出现脱落现象。4.4.6.3键合点形变的控制应严格按照4.4.2中对键合点形变的要求开展硅铝丝键合，如不满足以上要求，应及时调整和优化键合参数，包括键合功率、键合压力和键合时间，直至符合键合点形变要求。4.5检验4.5.1首件检测a)对于军品电路的硅铝丝键合应进行首件检测:b)首件检测合格后才能进行电路的批量键合;c)首件检测内容包括:键合引线分布检查(与键合图纸是否相符)、键合点形变检查、键合点位置检查、键合弧线检查、键合引线拉力测试:d)首件的检测应由键合检验人员进行检测:e)键合过程中如更换劈刀应进行键合点形变、键合弧线、键合拉力的检测，合格后才能进行键合:0采用全自动设备进行硅铝丝键合时，在更改键合程序后，应重新进行首件检测。4.5.2外观镜检外观镜检要求如下:a)键合完成之后应100%进行外观镜检:b)引线分布、键合点位置、键合点形貌等应按照GJB548B-2005方法2010.1中的要求开展检验。4.5.3键合工艺检测硅铝丝键合工艺检测要求如下:a)首件必须进行引线抗拉强度检测;b)破坏性引线抗拉强度按照GJB548B-2005方法2011.1进行:c)非破坏性抗拉强度按照GJB548B-2005方法2023.2进行。4.6返工当键合硅铝丝损伤或键合点不符合要求(如键合点形变不足或过大、焊盘上有异物等)时，应对该根硅铝丝进行重新键合的返工，返工时应满足以下要求:a)陶瓷外壳键合区和芯片焊盘上均留有足够的可键合空间重新进行一次键合，否则不能返工;b)返工前，应先用慑子和鸽针去除需返工的硅铝丝，包括键合区上的残铝;c)返工应沿用本批次键合设备、键合材料和键合参数，键合点应偏离原键合点位置，如图8所示。6

8SJ21454-2018:非啼啼脚d一「外壳键合区!图8单根硅铝丝返工示意图4.7标识、转运和贮存4.7.1标识需对键合工艺流程中的产品进行状态标识，包括待键合、待检、己检和不合格。4.7.2转运转运过程应满足以下要求:a)产品加工完转交下一个工序宜将产品整齐地平铺在转运容器中，必要时进行分隔，防止产品问发生碰撞损伤:b)转运容器表面应洁净、光滑，不能有油污、灰尘、异物等污染源;c)转运容器应由无腐蚀的材料制成，具有适中的硬度能够保护产品，并具有静电防护功能;d)产品加工完转交下一个工序应保证产品无损坏和污染。4.7.3贮存键合后的电路应整齐地平铺在专用的容器中，并存储在受控环境中。4.8记录需按规定格式填写硅铝丝键合工艺记录单。硅铝丝键合工艺记录单应清晰整洁。硅铝丝键合工艺记录应至少包括日期、人员、产品名称、批号、工艺参数等，格式可参见附录A中的表A.1。7

9SJ21454-2018附录A(资料性附录)硅铝丝键合工艺记录格式硅铝丝键合工艺记录格式见表A.lo表A.1硅铝丝键合工艺记录单键合工艺参数首件检测预处理键合机键合镜检不镜检产品产品接收数镜检合日期方式条型号/编操作合格数检查备注名称编号量/批号键合键合键合首件检首件确格数件号者及情况者功率压力时间测结论认者8

10∞FON--『白守FN『，ω中华人民共和国电子行业标准集成电路陶瓷封装硅铝丝键合工艺技术要求SJ21454-2018牢中国电子技术标准化研究院编制中国电子技术标准化研究院发行电话(010)64102612传真(010)64102617地址:北京市安定门东大街l号邮编100007网址:阳w.cesi.cn*开本880X12301/16印张字数24千字2018年5月第一版2018年5月第一次印刷印数200册定价40.00元版权专有不得翻印举报电话(010)64102613