引线键合的失效机理

引线键合的失效机理

小组成员：08521201樊量：什么是引线键合，常用的焊线方法

08023205高乐：键合工艺差错造成的失效

08023207王全：热循环使引线疲劳而失效

08023208高灿：金属间化合物使Au—Al系统失效

08023214徐国旺：内引线断裂和脱键产生的原因及其影响

08023215冯超：内引线断裂和脱键产生的原因及其影响

08023130黄宏耀：键合应力过大造成的失效

目录

1、引线键合---------------------------------------------------3 1.1常用的焊线方法-------------------------------------------3

1.1.1热压键合法--------------------------------------------3

1.1.2超声键合法--------------------------------------------3

1.1.3热超声键合法------------------------------------------3

1.1.4三种各种引线键合工艺优缺点比较------------------------4

1.2引线键合工艺过程-----------------------------------------4

2、键合工艺差错造成的失----------------------------------------6

2.1焊盘出坑------------------------------------------------7 2.2尾丝不一致----------------------------------------------7

2.3键合剥离------------------------------------------------7

2.4引线弯曲疲劳--------------------------------------------7

2.5键合点和焊盘腐蚀----------------------------------------7

2.6引线框架腐蚀--------------------------------------------8

2.7金属迁移------------------------------------------------8

2.8振动疲劳------------------------------------------------8

3、内引线断裂和脱键--------------------------------------------8

4、金属间化合物使Au—Al系统失效-------------------------------9 4.1 Au—Al 系统中互扩散及金属间化合物的形成-----------------9 4.2杂质对Au—Al系统的影响----------------------------------9

4.3改善方法------------------------------------------------10

5、热循环使引线疲劳而失效-------------------------------------10 5.1热循环峰值温度对金相组织的影响--------------------------10 5.2热循环峰值温度对冲击功的影响----------------------------10

5.3引线疲劳------------------------------------------------11

6、键合应力过大造成的失效-------------------------------------11 参考文献-------------------------------------------------------12

1、引线键合

引线键合是芯片和外部封装体之间互连最常见和最有效的连接工艺。

—1、1常用的焊线方法

—1、1、1热压键合法：热压键合法的机制是低温扩散和塑性流动(Plastic Flow)的结合,使原子发生接触,导致固体扩散键合。键合时承受压力的部位，在一定的时间、温度和压力的周期中，接触的表面就会发生塑性变形(Plastic Deformation)和扩散。

塑性变形是破坏任何接触表面所必需的,这样才能使金属的表面之间融合。在键合中,焊丝的变形就是塑性流动。该方法主要用于金丝键合。

压头下降，焊球被锁定在端部中央在压力、温度的作用下形成连接

压头上升压头高速运动到第二键合点形成弧形

在压力、温度作用下形成第二点连接压头上升至一定位置，送出尾丝

夹住引线，拉断尾丝引燃电弧，形成焊球进入下一键合循环

—1、1、2超声键合法：焊丝超声键合是塑性流动与摩擦的结合。通过石英晶体或磁力控制，把摩擦的动作传送到一个金属传感器(Metal“HORN”)上。当石英晶体上通电时，金属传感器就会伸延；当断开电压时，传感器就会相应收缩。这些动作通过超声发生器发生，振幅一般在4-5个微米。在传感器的末端装上焊具，当焊具随着传感器伸缩前后振动时，焊丝就在键合点上摩擦，通过由上而下的压力发生塑性变形。大部分塑性变形在键合点承受超声能后发生，压力所致的塑变只是极小的一部分，这是因为超声波在键合点上产生作用时，键合点的硬度就会变弱，使同样的压力产生较大的塑变。该键合方法可用金丝或铝丝键合。

定位（第一次键合）键合

定位（第二次键合）键合——切断

—1、1、3热超声键合法：这是同时利用高温和超声能进行键合的方法，用于金丝键合。

—1、1、4三种各种引线键合工艺优缺点比较：

—1、2引线键合工艺过程

引线键合的工艺过程包括：焊盘和外壳清洁、引线键合机的调整、引线键合、检查。外壳清洁方法现在普遍采用分子清洁方法即等离子清洁或紫外线臭氧清洁。

（1）等离子清洁——该方法采用大功率RF源将气体转变为等离子体，高速气体离子轰击键合区表面，通过与污染物分子结合或使其物理分裂而将污染物溅射除去。所采用的气体一般为O2、Ar、N2、80%Ar+20%O2，或80%O

+20%Ar。另外O2/N2等离子也有应用，它是有效

2

去除环氧树脂的除气材料。

（2）外线臭氧清洁通过发射184.9ｍｍ和253.7ｍｍ波长的辐射线进行清洁。过程如下：184.9 nｍ波长的紫外线能打破O2分子链使之成原子态(O+O)，原子态氧又与其它氧分子结合形成臭氧O3。在253.7nｍ波长紫外线作用下臭氧可以再次分解为原子氧和分子氧。水分子可以被打破形成自由的OH-根。所有这些均可以与碳氢化合物反应以生成CO2+H2O，并最终以气体形式离开键合表面。253.7nｍ波长紫外线还能够打破碳氢化合物的分子键以加速氧化过程。尽管上述两种方法可以去除焊盘表面的有机物污染，但其有效性强烈取决于特定的污染物。例如，氧等离子清洁不能提高Au厚膜的可焊性，其最好的清洁方法是O2+Ar 等离子或溶液清洗方法。另外某些污染物，如Cl离子和F 离子不能用上述方法去除，因为可形成化学束缚。因此在某些情况还需要采用溶液清洗，如汽相碳氟化合物、去离子水等。

（3）引线键合工艺有球键合工艺和楔键合工艺两种。

球键合一般采用D75μｍ以下的细Au丝。主要是因为其在高温受压状态下容易变形、抗氧化性能好、成球性好。球键合一般用于焊盘间距大于100μｍ的情况下。目前也有用于50μｍ焊盘间距的例子。

楔键合工艺既适用于Au丝，也适用于Al丝。二者的区别在于Al丝采用室温下的超声波键合，而Au丝采用150℃下的热超声键合。楔键合的一个主要优点是适用于精细尺寸，如50um以下的焊盘间距。但由于键合工具的旋转运动，其总体速度低于热超声球键合。最常见的楔键合工艺是Al丝超声波键合，其成本和键合温度较低。而Au丝楔键合的主要优点是键合后不需要密闭封装，由于楔键合形成的焊点小于球键合，特别适用于微波器件。

（6）键合的方式有两种。正焊键合：第一点键合在芯片上，第二点键合在封装外壳上；

反焊键合：第一点键合在外壳上，第二点键合在芯片上。采用正焊键合时，芯片上键合点一般有尾丝；采用反焊键合时，芯片上一般是无尾丝的。究竟采用何种键合方式键合电路，要根据具体情况确定。

2、键合工艺差错造成的失效

—2、1焊盘出坑

出坑通常出现于超声波键合中,是指对焊盘金属化层下面半导体材料层的损伤。这种损伤有时是肉眼可见的凹痕,更多是不可见的材料结构损伤。这种损伤将降低器件性能并引发电损伤。其产生原因如下:

(1) 超声波能量过高导致Si 晶格层错;

(2) 楔键合时键合力过高或过低:

(3) 键合工具对基板的冲击速度过大,一般不会导致Si 器件出坑,但会导致、

GaAs 器件出坑;

(4) 球键合时焊球太小致使坚硬的键合工具接触到了焊盘金属化层;

(5) 焊盘厚度太薄。1～3 μm 厚的焊盘损伤比较小,但0. 6μm 以下厚度的焊盘可能存

在问题;

(6) 焊盘金属和引线金属的硬度匹配时键合质量最好,也可以最小化出坑现象;

(7)Al 丝超声波键合时金属丝太硬可能导致Si片出坑。

—2、2尾丝不一致

这是楔键合时最容易发生的问题,而且也是最难克服的。可能的产生原因如下:

(1) 引线表面肮脏;

(2) 金属丝传送角度不对;

(3) 楔通孔中部分堵塞;

(4) 用于夹断引线的工具肮脏;

(5) 夹具间隙不正确;

(6) 夹具所施加的压力不对;

(7) 金属丝拉伸错误。

尾丝太短意味着作用在第1 个键合点上的力分布在一个很小的面积上,这将导致过量变形。而尾丝太长可能导致焊盘间短路。

—2、3

,断口光滑。剥离主要是由工艺参数选择错误或键合工具质量下降引起。它是键合相关失效的一个很好的早期信号。

—2、4引线弯曲疲劳

这种失效的起因在于引线键合点跟部出现裂纹。原因可能是键合操作中机械疲劳,也可能是温度循环导致热应力疲劳。已有的试验结果表明:

(1) 温度循环条件下,Al 丝超声波键合比Al 丝热压键合更为可靠;

(2) 含0. 1 %Mg 的Al 丝要好于含1 %Si 的Al丝;

(3) 引线闭环的高度至少应该是键合点间距的25 %以减轻弯曲。

—2、5键合点和焊盘腐蚀

腐蚀可导致引线一端或两端完全断开,从而使引线在封装内自由活动并造成短路。潮湿和污物是造成腐蚀的主要原因。例如,键合位置上存在Cl 或Br 将导致形成氯化物或溴化物,腐蚀键合点。腐蚀将导致键合点电阻增加直至器件失效。绝大多数情况下,封装材料在芯片表面和相邻键合点施加了一个压力,只有腐蚀非常严重才会出现电连接问题。

—2、6引线框架腐蚀

起因是残余应力过大,或者在为防止引线框架基体金属(42 合金或Cu) 腐蚀而进行的表面镀层(如Ni) 工艺中引入了过多的表面污染。最敏感的区域是密封化合物材料与引线框架的界面处。

—2、7金属迁移

是指从键合焊盘处开始的金属枝晶生长。这是一个金属离子从阳极区向阴极区迁移的电解过程,与金属的可获得性、离子种类、电势差等相关。金属迁移将导致桥连区的泄露电流增加,如果桥连完全形成则造成短路。最为广泛报道的是Ag 迁移。其它金属,如Pb、Sn、Ni 、Au 和Cu 也存在迁移现象。因为与失效相关,这是一种逐渐失效现象。

—2、8振动疲劳

可能产生谐振并因此损伤键合点的最小频率,

对于Au 丝为3～5 kHz ,Al 丝为10 kHz。一般而言,

引线键合的振动疲劳失效发生于超声波清洗过程,

因此超声波清洗设备的谐振频率应在20～100 kHz

以内。

3、内引线断裂和脱键

内引线断裂的方式一般分为三类：引线中间断裂；引线在近键合点的根部裂；脱键。（1）引线中间断裂

引线中间断裂不一定在早期失效中出现，因为它和内引线存在损伤的程度和由损伤诱发的机理有关。键合丝的损伤使引线损伤部位面积变小，将导致：电流密度加大，使损伤部位易被烧毁；抗机械应力的能力降低，会造成内引线损伤处断裂。产生损伤的原因：一是键合丝受到机械损伤，二是键合丝受到了化学腐蚀的侵蚀

（2）键合丝在近键合点的根部断裂

这种现象的发生主要是由工艺所引入的。存在铊(Tl) 污染源,Tl 可以与

Au 形成低熔点的共晶相并从镀Au 的引线框架传输到Au 丝中。键合点形

成过程中,Tl 可以快速扩散并在球颈以上的晶界处富集形成共晶相。在塑

性密封或温度循环时,球颈断裂,器件失效。

（3）键合点脱键隐患

自动引线键合技术中，半导体器件键合点脱落是最常见的失效模式。这种失效模式用常规筛选和测试很难剔除，只有在强烈振动下才可能暴露出来，因此对半导体器件的可靠性危害极大。可能影响内引线键合可靠性的因素主要有：

<1>界面上绝缘层的形成在芯片上键合区光刻胶或窗口钝化膜未去除干净，可形成

绝缘层。管壳镀金层质量低劣，会造成表面疏松、发红、鼓泡、起皮等。金属间键合接触时，在有氧、氯、硫、水汽的环境下，金属往往与这些气体反应生成氧化物、硫化物等绝缘夹层，或受氯的腐蚀，导致接触电阻增加,从而使键合可靠性降低。

<2>金属化层缺陷，金属化层缺陷主要有：芯片金属化层过薄，使得键合时无缓冲

作用，芯片金属化层出现合金点，在键合处形成缺陷；芯片金属化层粘附不牢，最易掉压点。

<3>表面沾污，原子不能互扩散包括芯片、管壳、劈刀、金丝、镊子、钨针，各个

环节均可能造成沾污。外界环境净化度不够，可造成灰尘沾污；人体净化不良，可造成有机物沾污及钠沾污等；芯片、管壳等未及时处理干净，残留镀金液，可造成钾沾污及碳沾污等，这种沾污属于批次性问题，可造成一批管壳报废，或引起键合点腐蚀，造成失效；金丝、管壳存放过久，不但易沾污，而且易老化，金丝硬度和延展率也会发生变化。

<4>材料间的接触应力不当，键合应力包括热应力、机械应力和超声应力。键合应

力过小会造成键合不牢，但键合应力过大同样会影响键合点的机械性能。应力大不仅会造成键合点根部损伤，引起键合点根部断裂失效，而且还会损伤键合点下的芯片材料，甚至出现裂缝。

4、金属间化合物使Au—Al系统失效

—4、1 Au—Al 系统中互扩散及金属间化合物的形成

Au - Al 系统中互扩散及金属间化合物的形成过程如下:

(1) 在键合的早期阶段,Au - Al 之间形成一很薄的扩散层,其成分为AuAl2 (紫斑) ;

(2) 进一步受热导致Au - Al 扩散继续,随着Au不断向Al 薄膜中扩散,纯Al 层消失。

与此同时,在Au 丝球一侧形成Au5Al2 化合物层;

(3) 扩散层厚度不会无限增加,这是因为Al 的来源有限而且二者之间互扩散速度存在差

别。定义D 为扩散速度, D Au →Al > D Al →Au 。假设初始Al 薄膜厚度为1μm ,总的扩散层厚度约为4～5μm。进一步受热则Au 向扩

散层中扩散并在Au 丝球一侧形成Au4Al ,并向半导体芯片一侧生长;

(4) 进一步受热则Au 向扩散层中的扩散继续,并最终使扩散层成分仅为Au5Al2 和

Au4Al 。同时由于kirkendall 效应,扩散层周围将有空洞产生;

(5) 如果继续受热,无空洞位置的Au 的扩散进一步加强,导致在中央部位形成Au4Al

层;

(6) 对于塑封IC ,由于树脂材料中的阻燃剂含溴化物,它将成为Au4Al 层中Al 氧化的

催化剂。溴化物穿过空洞进入键合点并氧化Au4Al 层中的Al ,

从而在Au 球中央和化合物层之间的界面处形成一高电阻层,这将导致一种断开失效。

—4、2杂质对Au—Al系统的影响

在引线开发的最初阶段，其主要目的是为了增强机械强度例如引线结构和引线长度的控制，因此没有太多考虑金属间的断裂问题。但是随着焊盘间距的不断减小和控制窗口的不断变窄，引线键合技术的发展开始受到金属间相问题的束缚。迄今为止，引线掺杂效应还没有得到深入的研究。通过添加掺杂杂质和减缓金属间相的扩散速度被认为是减少金属间失效的唯一手段。实际上，掺杂浓度为100ppm时掺杂杂质并不能有效地阻止金属间相的生长。为此，一些常用引线中掺杂杂质的含量被提高到1%，此时掺杂杂质能够阻止Au和Al的扩散。但是其效果没有我们预期的那么好，而且还会降低引线的电导率。因此，我们需要能够更加有效地解决这些问题的新方法，而且不能影响电导率性能。

—4、3改善方法

金属间失效的主要原因有很多，因此很难通过控制一个因素将其降低到最小程度。我们能做的是选择最佳EMC以减小封装应力、选择最佳毛细管劈刀类型以形成更致密的金属间相，以及优化工艺参数以尽量减小不规则生长程度和提高初始金属间相覆盖率。研究结果显示最有效的影响因素是引线类型。毛细管劈刀类型也会影响金属间相的形成。但是，当金属间相覆盖率大于70%时，金属间相覆盖率不再是主要因素。当我们将焊盘间距为70um的毛细管劈刀和引线类型用于40um时，我们将遇到HTS和温度循环失效问题。但是，通过选择最佳毛细管劈刀类型、引线类型和EMC，我们可以在可靠性性能上取得很好的改善效果。

5、热循环使引线疲劳而失效

—5、1 热循环峰值温度对金相组织的影响

热循环不同峰值温度条件下的金相组织如图1所示。由图1可看出，当热循环峰值温度为1350℃时，冷却后转变成粗大的低碳马氏体＋少量的侧板条贝氏体组织。当热循环峰值温度为950℃时，冷却后组织明显细化。当热循环峰值温度为750℃时，对应于热影响区的部分淬火区，因高温停留时间短，奥氏体成分均匀化很不充分，使该区组织为铁素体＋粒状贝氏体组织。峰值温度为600℃时，未超过调质处理时的高温回火温度，组织以回火索氏体为主。

—5、2热循环峰值温度对冲击功的影响

经不同峰值温度热循环作用下，随着热循环峰值温度的提高，冲击功下降。当热循环峰值温度超过1100℃后，冲击功已降低到较低水平。由此可以看出，随着热循环峰值温度的增加，晶粒长大倾向增大，当热循环峰值温度为1350℃时，奥氏体晶粒严重长大，致使该区冲击功最低。

—5、3引线疲劳

在Au 纳米引线的热疲劳测试中，将正弦交变电压（Vpp＝10V）输入引线，从而在引线中产生交变热应力。实验中交变电压信号的频率为50Hz－100Hz。如设由于交变电信号

在引线中产生的温度变化为ΔT, 则引线中产生的热应变为Δε=(αAu-αSi)ΔT，其中(αAu-αSi)为Au和Si 的热膨胀系数之

(αAu=1.42×10-5/oC; αSi =3×10-6/oC)。

这一应变将导致Au 引线经历压－压疲劳循环。在实验中，记录每一试件的疲劳失效寿命(指引线开路时的疲劳循环次数)，并同时通过SEM 观察引线表面的形貌变化。表给出了长度为20μm，三种不同宽度Au 引线在相同交变电压信号(Vpp=10V)，不同电压频率作用下的疲劳失效结果。

对于同样的输入电压随着引线线宽的减小，其失效循环次数明显减少。产生这一结果有两个原因，其一是由于引线宽度的减少，导致其横截面积相应地减少，这样在相同的电压作用下，较窄的引线中将形成较大的电流，而随着电流的增加，将在导线中引起较高的温度及较大的热应力，从而加速了引线的疲劳失效；其二是由于本文的纳米引线厚度仅35nm，宽度从500nm 到150nm，引线材料中晶粒在厚度方向将小于35nm，在宽度方向小于100nm。和以往研究者所利用的微米到亚微米晶粒相比，细化后的晶粒能够拟制位错的运动，因而导致引线失效的原因可能是由局部界面损伤引起引线在宽度方向的破坏所控制。因此较宽和较薄的引线将具有更长的疲劳寿命。结合中引线失效时的显微图片可以看到，在纳米引线的表面并没有发现类似于体材料疲劳时由于往复的位错运动导致的滑移在薄膜表面形成平行的起皱图案（体材料在机械疲劳载荷作用下的挤出和挤入机制，在这些起皱位置由于引线横截面积的突然减少将会导致局部电流过载引起焦耳热而导致引线熔断失效）。显然，较大尺寸的引线（含有较大的晶粒）破坏过程由位错作用控制。而在本文的实验中由于引线细而薄，使得引线结构中晶粒尺度减小，其疲劳行为受扩散机制以及界面特性控制，而不是位错滑移机制控制。即损伤可能在膜基界面形核（由于纳米晶粒的高强度很难在纳米晶薄膜上形成裂纹，且金薄膜和SiO2 界面为弱结合界面），一旦局部界面脱粘，由电流诱导的边界或界面扩散将进一步加速界面脱粘，最终将在压-压疲劳驱动下形成局部跨线宽损伤区域，导致焦耳热熔断引线形成开路失效。另外从引线失效显微图看到，三个线宽的引线疲劳损伤失效机制一致。在焦耳热导致的高温区晶界消失成流动状态。由于失效过程为瞬态行为，失效区域由于高温熔融，实验还无法观察损伤前该区域的形貌特性。

6、键合应力过大造成的失效

键合应力过小会造成键合不牢，键合应力过大会影响键合点的机械性能。应力大不仅会造成键合点根部损伤，引起键合点根部断裂失效，而且还会损伤键合点下的芯片材料，甚至出现裂缝等情况。这种损伤有时是肉眼可见的凹痕，更多是不可见的材料结构损伤，这种损伤将降低器件性能并引发电损伤。其产生原因如下：

（1）声波能量过高导致Si晶格层错；

（2）楔键合时键合力过高或过低；

（3）球键合时焊球太小致使坚硬的键合工具接触到了焊盘金属化层；

（4）焊盘厚度太薄；

（5）Al丝超声波键合时金属丝太硬可能导致Si片出坑。

参考文献

1、关东旭. 《硅集成电路工艺基础》. 北京大学出版社,2003年10月

2、Dong-Jin Jeong，Amkor Technology Korea.《半导体制造》.2006年10月刊

3、潘峰.顔向乙.郑轩《全自动键合机工艺调试方法》（期刊）.2009年5月

4、刘恩科朱秉升罗晋升.《半导体物理》. 国防出版社.2008年4月

5、晁宇晴.杨兆建.乔海灵《引线键合技术进展》（期刊）.2007年04

制冷型红外焦平面探测器引线键合质量优化研究

第34卷 第12期 红 外 技 术 V ol.34 No.12 2012年12月 Infrared Technology Dec. 2012 699 制冷型红外焦平面探测器引线键合质量优化研究 田立萍，朱颖峰，王 微，徐世春，董 黎，熊 雄 （昆明物理研究所，云南 昆明 650223） 摘要：介绍了制冷型红外焦平面探测器引线键合工艺，分析和总结了焦平面探测器引线键合的失效模式，对主要失效模式进行了优化研究和试验验证，提出了引线键合的质量控制方法，并给出了相应的测试结果，对提高焦平面探测器引线键合具有很好的指导意义。 关键词：制冷型探测器；引线键合；键合优化；焦平面；可靠性 中图分类号：TN215 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2012)12-0699-06 Study on Optimum of Wire Bonding for the Cooled Infrared Focal Plane Detector TIAN Li-ping ，ZHU Ying-feng ，WANG Wei ，XU Shi-chun ，DONG Li ，XIONG Xiong (Kunming Institute of Physics , Kunming 650223, China ) Abstract ：This paper describes the wire bonding technology for cooled infrared focal plane detector, analyzes and summarizes the infrared detector wire bonding failure mode. The study on optimum, experiment testing, methodical control of quality and testing results are presented for the main wire bonding failure mode, which will be guidance for the improvement of reliability of infrared detector wire bonding. Key words ：cooled infrared focal plane detector ，wire bonding ，optimization ，methodical control of quality ，reliability 0 引言 以制冷型红外焦平面探测器（以下简称焦平面探测器）为核心的二代热像仪以其高灵敏度、高空间分辨率、视场大、探测和识别距离远等优点广泛应用于军事、航天、工业和医学领域。引线键合作为焦平面探测器可靠性封装技术基础之一，是焦平面探测器组件化、实用化及工程化的关键工艺，它涵盖了杜瓦电极与基板电极之间的键合以及芯片焊盘与基板电极之间的键合。随着焦平面阵列输入/输出密度不断加大，速度不断加快，焦平面探测器引线键合的难度也越来越大，且易出现失效问题。本所的某一重要型号产品经过高低温储存、温度循环、应力筛选后，引线键合失效的现象时有发生，使产品的可靠性及生产进度受到了严重影响。本文就该产品引线键合的失效模式、失效机理进行探讨，期望找到优化解决键合质量的办法，为产品后续的质量控制奠定基础。 1 焦平面探测器引线键合工艺 引线键合是当前主要的微电子封装技术之一，根据键合能量不同分为热压键合、超声键合和热超声键合。由于受封装材料和工序温升的限制，加之超声键合具有对被焊件无热影响区、焊接质量好、键合可靠性高及适应性强等优点[1]，焦平面探测器引线键合采用超声键合工艺。超声键合工艺有2种基本形式：球键合和楔键合。球键合键合速度快，可以从球的任意角度进行键合，对焊盘冲击作用小[2]，键合流程如图1所示；楔键合能够实现超细间距键合，对表面污染物不敏感，键合温度低[2]，键合流程如图2所示。结合球键合、楔键合的特点，综合考虑焦平面探测器结构特征及工艺特性，杜瓦电极与基板电极之间采用超声球键合，如图3所示；芯片焊盘与基板电极之间采用超声楔键合，如图4所示。

引线键合工艺

MEMS器件引线键合工艺（wire bonding） 2007-2-1 11:58:29 以下介绍的引线键合工艺是指内引线键合工艺。MEMS芯片的引线键合的主要技术仍然采用IC芯片的引线键合技术，其主要技术有两种，即热压键合和热超声键合。引线键合基本要求有： （1）首先要对焊盘进行等离子清洗； （2）注意焊盘的大小，选择合适的引线直径； （3）键合时要选好键合点的位置； （4）键合时要注意键合时成球的形状和键合强度； （5）键合时要调整好键合引线的高度和跳线的成线弧度。 常用的引线键合设备有热压键合、超声键合和热超声键合。 （1）热压键合法：热压键合法的机制是低温扩散和塑性流动(Plastic Flow)的结合,使原子发生接触,导致固体扩散键合。键合时承受压力的部位，在一定的时间、温度和压力的周期中，接触的表面就会发生塑性变形(Plastic Deformation)和扩散。塑性变形是破坏任何接触表面所必需的,这样才能使金属的表面之间融合。在键合中,焊丝的变形就是塑性流动。该方法主要用于金丝键合。

（2）超声键合法：焊丝超声键合是塑性流动与摩擦的结合。通过石英晶体或磁力控制，把摩擦的动作传送到一个金属传感器(Metal“HORN”)上。当石英晶体上通电时，金属传感器就会伸延；当断开电压时，传感器就会相应收缩。这些动作通过超声发生器发生，振幅一般在4-5个微米。在传感器的末端装上焊具，当焊具随着传感器伸缩前后振动时，焊丝就在键合点上摩擦，通过由上而下的压力发生塑性变形。大部分塑性变形在键合点承受超声能后发生，压力所致的塑变只是极小的一部分，这是因为超声波在键合点上产生作用时，键合点的硬度就会变弱，使同样的压力产生较大的塑变。该键合方法可用金丝或铝丝键合。 （3）热超声键合法这是同时利用高温和超声能进行键合的方法，用于金丝键合。三种各种引线键合工艺优缺点比较： 1、引线键合工艺过程 引线键合的工艺过程包括：焊盘和外壳清洁、引线键合机的调整、引线键合、检查。外壳清洁方法现在普遍采用分子清洁方法即等离子清洁或紫外线臭氧清洁。 （1）等离子清洁——该方法采用大功率RF源将气体转变为等离子体，高速气体离子轰击键合区表面，通过与污染物分子结合或使其物理分裂而将污染物溅射除去。所采用的气体一般为O2、Ar、N2、80%Ar+20%O2，或80%O2+20%Ar。另外O2/N2等离子也有应用，它是有效去除环氧树脂的除气材料。 （2）外线臭氧清洁通过发射184.9ｍｍ和253.7ｍｍ波长的辐射线进行清洁。过程如下： 184.9 nｍ波长的紫外线能打破O2分子链使之成原子态(O+O)，原子态氧又与其它氧分子结合形成臭氧O3。在253.7nｍ波长紫外线作用下臭氧可以再次分解为原子氧和分子氧。水分子可以被打破形成自由的OH-根。所有这些均可以与碳氢化合物反应以生成CO2+H2O，并最终以气体形式离开键合表面。253.7nｍ波长紫外线还能够打破碳氢化合物的分子键以加速氧化过程。尽管上述两种方法可以去除焊盘表面的有机物污染，但其有效性强烈取决于特定的污染物。例如，氧等离子清洁不能提高Au厚膜的可焊性，其最好的清洁方法是O2+Ar 等离子或溶液清洗方法。另外某些污染物，如Cl离子和F离子不能用上述方法去除，因为可形成化学束缚。

键合技术 引线键合的失效机理

引线键合的失效机理 目录 1、引线键合---------------------------------------------------3 1.1常用的焊线方法-------------------------------------------3 1.1.1热压键合法--------------------------------------------3 1.1.2超声键合法--------------------------------------------3 1.1.3热超声键合法------------------------------------------3 1.1.4三种各种引线键合工艺优缺点比较------------------------4 1.2引线键合工艺过程-----------------------------------------4 2、键合工艺差错造成的失----------------------------------------6 2.1焊盘出坑------------------------------------------------7 2.2尾丝不一致----------------------------------------------7 2.3键合剥离------------------------------------------------7 2.4引线弯曲疲劳--------------------------------------------7 2.5键合点和焊盘腐蚀----------------------------------------7 2.6引线框架腐蚀--------------------------------------------8 2.7金属迁移------------------------------------------------8 2.8振动疲劳------------------------------------------------8 3、内引线断裂和脱键--------------------------------------------8 4、金属间化合物使Au—Al系统失效-------------------------------9 4.1 Au—Al 系统中互扩散及金属间化合物的形成-----------------9 4.2杂质对Au—Al系统的影响----------------------------------9 4.3改善方法------------------------------------------------10 5、热循环使引线疲劳而失效-------------------------------------10 5.1热循环峰值温度对金相组织的影响--------------------------10 5.2热循环峰值温度对冲击功的影响----------------------------10 5.3引线疲劳------------------------------------------------11 6、键合应力过大造成的失效-------------------------------------11 参考文献-------------------------------------------------------12

引线键合技术进展

引线键合技术进展 晁宇晴1,2,杨兆建1,乔海灵2 (1.太原理工大学,山西　太原　030024;2.中国电子科技集团公司第二研究所,山西　太原　030024) 摘　要:引线键合以工艺简单、成本低廉、适合多种封装形式而在连接方式中占主导地位。对引线键合工艺、材料、设备和超声引线键合机理的研究进展进行了论述与分析,列出了主要的键合工艺参数和优化方法,球键合和楔键合是引线键合的两种基本形式,热压超声波键合工艺因其加热温度低、键合强度高、有利于器件可靠性等优势而取代热压键合和超声波键合成为键合法的主流,提出了该技术的发展趋势,劈刀设计、键合材料和键合设备的有效集成是获得引线键合完整解决方案的关键。 关键词:引线键合;球键合;楔键合;超声键合;集成电路 中图分类号:T N305 文献标识码:A 文章编号:1001-3474(2007)04-0205-06 Progress on Technology of W i re Bondi n g CHAO Y u-q i n g1,2,YANG Zhao-ji a n1,Q I AO Ha i-li n g2 (1.Ta i yuan Un i versity of Technology,Ta i yuan　030024,Ch i n a 2.CETC No.2Research I n stitute,Ta i yuan　030024,Ch i n a) Abstract:W ire bonding holds the leading positi on of connecti on ways because of its si m p le tech2 niques,l ow cost and variety f or different packaging f or m s.D iscuss and analyz the research p r ogress of wire bonding p r ocess,materials,devices and mechanis m of ultras onic wire bonding.The main p r ocess para me2 ters and op ti m izati on methods were listed.Ball bonding and W edge bonding are the t w o funda mental f or m s of wire bonding.U ltras onic/ther mos onic bonding beca me the main trend instead of ultras onic bonding and ther mos onic bonding because of its l ow heating te mperature,high bonding strength and reliability.A de2 vel opment tendency of wire bonding was menti oned.The integrati on of cap illaries design,bonding materi2 als and bonding devices is the key of integrated s oluti on of wire bonding. Key words:W ire bonding;Ball bonding;W edge bonding;U ltras onic wire bonding;I C D ocu m en t Code:A Arti cle I D:1001-3474(2007)04-0205-06 随着集成电路的发展,先进封装技术不断发展变化以适应各种半导体新工艺和新材料的要求和挑战。半导体封装内部芯片和外部管脚以及芯片之间的连接起着确立芯片和外部的电气连接、确保芯片和外界之间的输入/输出畅通的重要作用,是整个后道封装过程中的关键。引线键合以工艺实现简单、成本低廉、适用多种封装形式而在连接方式中占主导地位,目前所有封装管脚的90%以上采用引线键合连接[1]。 引线键合是以非常细小的金属引线的两端分别与芯片和管脚键合而形成电气连接。引线键合前,先从金属带材上截取引线框架材料(外引线),用热 作者简介:晁宇晴(1975-),女,工程硕士,工程师,主要从事电子专用设备的研制与开发工作。502 第28卷第4期2007年7月 电子工艺技术 Electr onics Pr ocess Technol ogy

铜丝引线键合技术的发展

铜丝引线键合技术的发展 摘要铜丝引线键合有望取代金丝引线键合，在集成电路封装中获得大规模应用。论文从键合工艺﹑接头强度评估﹑键合机理以及最新的研究手段等方面简述了近年来铜丝引线键合技术的发展情况，讨论了现有研究的成果和不足，指出了未来铜丝引线键合技术的研究发展方向，对铜丝在集成电路封装中的大规模应用以及半导体集成电路工业在国内高水平和快速发展具有重要的意义。 关键词集成电路封装铜丝引线键合工艺 1.铜丝引线键合的研究意义 目前超过90%的集成电路的封装是采用引线键合技术。引线键合（wire bonding）又称线焊，即用金属细丝将裸芯片电极焊区与电子封装外壳的输入/输出引线或基板上的金属布线焊区连接起来。连接过程一般通过加热﹑加压﹑超声等能量借助键合工具（劈刀）实现。按外加能量形式的不同，引线键合可分为热压键合﹑超声键合和热超声键合。按劈刀的不同，可分为楔形键合（wedge bonding）和球形键合(ball bonding)。目前金丝球形热超声键合是最普遍采用的引线键合技术，其键合过程如图1所示。 由于金丝价格昂贵﹑成本高，并且Au/Al金属学系统易产生有害的金属间化合物，使键合处产生空腔，电阻急剧增大，导电性破坏甚至产生裂缝，严重影响接头性能。因此人们一直尝试使用其它金属替代金。由于铜丝价格便宜，成本低，具有较高的导电导热性，并且金属间化合物生长速率低于Au/Al，不易形成有害的金属间化合物。近年来，铜丝引线键合日益引起人们的兴趣。 但是，铜丝引线键合技术在近些年才开始用于集成电路的封装，与金丝近半个世纪的应用实践相比还很不成熟，缺乏基础研究﹑工艺理论和实践经验。近年来许多学者对这些问题进行了多项研究工作。论文将对铜丝引线键合的研究内容和成果作简要的介绍，并从工艺设计和接头性能评估两方面探讨铜丝引线键合的研究内容和发展方向。

引线键合中引线运动学构型数据获取实验

引线键合中引线运动学构型数据获取实验 一 序言： 1. 引线键合：引线键合技术是微电子封装中的一项重要技术之一。由于上世纪90年代，器件封装尺寸的小型化，使得新型封装开始通过引线键合，载带自动键合，合金自动键合等键合技术来实现高密度高可靠性的封装。 1.1微电子封装的流程中引线键合的位置

2.引线键合的过程是晶片上的焊垫(pad)作为第一焊点（the first bond）基板的内引脚（inter lead）作为第二焊点（the second bond）在外部能量（超声或者热能）作用下，通过引线（金线、铜线、铝线）把第一焊点第二焊点连接起来。 1.2 自动焊线机批量焊接 1.3 引线键合 引线键合技术是实现集成电路芯片与封装外壳多种电连接中最通用最简单有效的一种方式，又因为引线键合生产成本低、精度高、互连焊点可靠性高，且产量大的优点使其占键合工艺的80%以上，在IC 制造业得到了广泛的应用，一直是国际上关注的热点。对于引线键合中引线成型的引线及键合头的研究也备受关注。 以较为普遍的超声金丝键合为例介绍介绍引线成型的过程。一个完整的引线键合过程包括两种不同的运动状态。一种是自由运动，该阶段的任务是拉出键合弧线，键合头运动按照已经设定好的运动轨迹。此状态执行工具尖端与芯片失去接触，不产生力的反馈信号。另一种约束运动，当执行工具尖端与芯片接触时，在超声和高温的作用下，稳定的键合力保证了金线被充分的焊接在芯片和引脚上，力传感器产生力反馈信号，这个阶段的任务是实现结合力的整定控制。

?1.线夹关闭，电子 打火形成金球， 引线夹将金线上 提金属熔球在劈 刀顶端的圆锥孔 内定位 ?2.线夹打开键合头 等速下降到第一 键合点搜索高度 （1st bond search height)位置 ?3.劈刀在金属熔 球（最高180℃） 上施加一定的键 合力同时超声波 发生系统（USG) 作用振动幅度经 变幅杆放大后 作用在劈刀顶端 完成第一键合点 ?6.劈刀下降接 触引线框架焊 盘调用第二键 合点参数在热 量和超声键合 的能量下完成 锲键合 ?5.键合头运动 到第二键合点 位置，形成弧 线 ?4.键合头上升 运动到“top of loop”位置然 后进行短线检 测，判断第一 焊点是否成功

铜丝在引线键合技术的发展及其合金的应用

铜丝在引线键合技术的发展及其合金的应用 一、简介 目前超过90%的集成电路的封装是采用引线键合技术,引线键合,又称线焊。即用金属细丝将裸芯片电极焊区与电子封装外壳的输入，输出引线或基板上的金属布线焊区连接起来。连接过程一般通过加热、加压、超声等能量，借助键合工具“劈刀”实现。按外加能量形式的不同，引线键合可分为热压键合、超声键合和热超声键合。按劈刀的不同，可分为楔形键合和球形键合。 引线键合工艺中所用导电丝主要有金丝、铜丝和铝丝，由于金丝价格昂贵、成本高，并且Au/Al金属学系统易产生有害的金属间化合物，使键合处产生空腔，电阻急剧增大，导电性破坏甚至产生裂缝，严重影响接头性能。因此人们一直尝试使用其它金属替代金，由于铜丝价格便宜、成本低、具有较高的导电导热性，并且Cu/Al金属间化合物生长速于Au/Al，不易形成有害的金属间化合物。近年来，铜丝引线键合日益引起人们的兴趣。 二、铜丝键合的工艺 当今，全球的IC制造商普遍采用3种金属互连工艺，即：铜丝与晶片铝金属化层的键合工艺，金丝与晶片铜金属化层的键合工艺以及铜丝与晶片铜金属化层的键合工艺。近年来第一种工艺用得最为广泛，后两者则是今后的发展方向。 1. 铜丝与晶片铝金属化层的键合工艺 近年来，人们对铜丝焊、劈刀材料及新型的合金焊丝进行了一些新的工艺研究，克服了铜易氧化及难以焊接的缺陷。采用铜丝键合不但使封装成本下降，更主要的是作为互连材料，铜的物理特性优于金。特别是采用以下’3种新工艺，更能确保铜丝键合的稳定性。 （1）充惰性气体的EFO工艺：常规用于金丝球焊工艺中的EFO是在形成焊球过程中的一种电火花放电。但对于铜丝球焊来说，在成球的瞬间，放电温度极高，由于剧烈膨胀，气氛瞬时呈真空状态，但这种气氛很快和周围的大气相混合，常造成焊球变形或氧化。氧化的焊球比那些无氧化层的焊球明显坚硬，而且不易焊接。新型EFO工艺是在成球过程中增加惰性气体保护功能，即在一个专利悬空管内充入氮气，确保在成球的一瞬间与周围的空气完全隔离，以防止焊球氧化，焊球质量极好，焊接工艺比较完善。这种新工艺不需要降低周围气体的含氧量，用通用的氮气即可，因此降低了成本。

倒装焊陶瓷封装失效模式分析及失效机理研究

倒装焊陶瓷封装失效模式分析及失效机理研究 （摘要：随着封装技术的发展，倒装焊技术得到广泛的应用，倒装焊的研究也越来越广泛深入。文章阐述了倒装焊封装的失效模式，主要有焊点疲劳失效、填充胶分层开裂失效、电迁移失效、腐蚀失效、机械应力失效等。并分析了陶瓷基板倒装焊温度循环试验后的失效模式，陶瓷倒装焊封装失效的机理主要是倒装芯片焊点与UBM 界面金属间化合物应力开裂失效。根据失效机理分析，进行陶瓷倒装焊工艺优化改进，试验达到了JESD22-A104C 标准规定的温度循环：-65℃～+150℃、500 次循环、3 只样品无失效的要求。 1 引言 随着封装技术的发展，传统引线键合技术已经无法满足电路多功能、小型化、轻量化、高性能、低功耗和低成本等要求，倒装焊技术满足了这些要求，并越来越广泛地应用在IC 封装中。近年来，关于倒装焊失效的研究文献报道较多，特别是有机基板倒装焊互连失效的较多。陶瓷基板倒装焊失效研究鲜有报道，展开陶瓷倒装焊的失效机理研究对工程应用具有很重要的指导意义。倒装焊失效机理是导致失效的物理、化学、热力学或其他过程。该过程是应力、粘接材料分解等共同作用在部件上引起损伤，最终导致系统失效。本质上，它是上面介绍的模型中的一或多个导致的。为了开发陶瓷倒装焊封装产品，必须研究封装产品潜在失效机理。如果能用模型来量化描述相关失效模式，就可以促进产品封装结构、材料、工艺以及可靠性设计等的优化，从而使倒装焊产品能满足产品特定的可靠性要求。因此，研究倒装焊互连系统在生命周期过程中所受应力所激发的各种失效机理是很有必要的。本文介绍了各种倒装焊封装失效模式，并对陶瓷倒装焊封装的失效机理进行了研究分析。 2 倒装焊封装失效 倒装焊封装可靠性是近年来封装研究的重点之一，分析其失效原因对于解决可靠性具有很重要的意义。常见的失效模式主要有以下几种：焊点热疲劳失效、机械应力致互连撕裂失效、填充胶分层开裂失效、化学腐蚀失效、电迁移失效等。倒装焊的失效模式多种多样，失效形式是一种或几种共同作用，主要的还是几种因素共同作用的结果。电路失效的过程一般是几种失效模式存在并相互影响。当然失效还跟基板材料、基板及芯片尺寸，凸点材料及结构和尺寸、基板焊盘材料及其与基板黏附、底部填充料等有关。 2.1 焊点疲劳损伤 倒装焊封装是将芯片凸点直接与基板焊盘焊接，会受到热应力的影响而

绝缘引线键合技术的应用

绝缘引线键合技术的应用 作者：()、() ，公司 随着半导体封装持续朝着多引脚、小间距及多列多层叠的方向发展，引线键合技术正面临越来越大的挑战。被称为的绝缘引线键合技术已经在2006年路线图上被提出，作为一种可行的、经济的解决方案实现复杂封装，提高封装性能和高密度封装的成品率。要成功实施绝缘引线键合技术，必须做到将此技术以低成本集成到现有的封装基础设备中。具体来说，就要求绝缘引线键合技术能在现有的引线键合平台上达到现有的标准、规范和性能。 绝缘引线键合的优势 电子连接重要的第一步是芯片级别连接，也被称为第一级连接。这一连接将在很大程度上决定可以从芯片上获得多少性能。性能虽然很关键，但是产品经理也不会因此就忽视其他经济因素。对封装技术而言一个全面的利益/成本分析必须包括以下几个方面，即对成本、性能、尺寸/密度、和上市时间的评估。 芯片到芯片或芯片到基板的第一级连接技术中，有两种方式一直在工业中占主导地位，即引线键合和倒装芯片。其中引线键合，由于其灵活性和经济性，在市场中占90%以上。 但是，在绝缘引线键合出现之前，引线键合的局限性在于连接被限制在芯片的四周，当芯片数量增加时，就需要使用区域阵列技术，使芯片的不再被局限在芯片的四周。引线键合的另外一个问题是长的、平行的引线之间的自感应，这点可以通过使用交叉和紧密排放的绝缘引线得以缓解。 绝缘引线键合有人们熟知的众多优点。从整体利益/成本分析，绝缘引线键合可以提供最优的成本，即能够使用最低成本的引线键合设备；从性能方面分析，绝缘引线键合能够在芯片单位面积上提供更多的连接点，使用低成本的更小的芯片，降低键合点的限制。 另外，绝缘引线键合能够以最高的带宽将芯片直接连接起来，降低了芯片的叠层和基板

电路元器件失效机理有哪些

元件的失效直接受湿度、温度、电压、机械等因素的影响。 电参数失效，需进行较复杂的测量，主要表现形式有参数值超出规定范围（超差）和参数不稳定。机械开封?化学开封 5、显微形貌像技术光学显微镜分析技术扫描电子显微镜的二次电子像技术电压效应的失效定位技术 6、半导体主要失效机理分析电应力（EOD）损伤静电放电（ESD）损伤封装失效引线键合失效芯片粘接不良金属半导体接触退化钠离子沾污失效氧化层针孔失效 1、温度导致失效： 1.1环境温度是导致元件失效的重要因素。 温度变化对半导体器件的影响：构成双极型半导体器件的基本单元P-N 结对温度的变化很敏感，当P-N结反向偏置时，由少数载流子形成的反向漏电流受温度的变化影响，其关系为： 式中：ICQ―――温度T0C时的反向漏电流 ICQR――温度TR℃时的反向漏电流 T－TR――温度变化的绝对值 由上式可以看出，温度每升高10℃，ICQ将增加一倍。这将造成晶体管放大器的工作点发生漂移、晶体管电流放大系数发生变化、特性曲线发生变化，动态范围变小。 温度与允许功耗的关系如下： 式中：PCM―――最大允许功耗 TjM―――最高允许结温 T――――使用环境温度 RT―――热阻 由上式可以看出，温度的升高将使晶体管的最大允许功耗下降。 由于P-N结的正向压降受温度的影响较大，所以用P-N为基本单元构成的双极型半导体逻辑元件（TTL、HTL等集成电路）的电压传输特性和抗干扰度也与温度有密切的关系。当温度升高时，P-N结的正向压降减小，其开门和关门电平都将减小，这就使得元件的低电平抗干扰电压容限随温度的升高而变小；高电平抗干扰电压容限随温度的升高而增大，造成输出电平偏移、波形失真、稳态失调，甚至热击穿。

IC智能卡失效机理研究

IC智能卡失效机理研究 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 编辑整理：https://www.wendangku.net/doc/a51890341.html,编辑:王鹏来源：门禁 IC智能卡作为信息时代的新型高技术存储产品，具有容量大、保密性强以及携带方便等优点，被广泛应用于社会生活的各个领域。通常所说的IC卡，是把含有非挥发存储单元NVM 或集成有微控制器MCU等的IC芯片嵌装于塑料基片而成，主要包括塑料基片(有或没有磁条)、接触面、IC芯片3个部分。传统的IC卡制作工序为:对测试、信息写入后的硅晶圆片进行减薄、划片，分离成小芯片，再经装片、引线键合、包封等工序制成IC卡模块，最后嵌入IC卡塑料基板。 随着IC产品制造工艺的提高以及高性能LSI的涌现，IC智能卡不断向功能多样化、智能化的方向发展，以满足人们对方便、迅捷的追求。然而使用过程中出现的密码校验错误、数据丢失、数据写入出错、乱码、全“0”全“F”等诸多失效问题，严重影响了IC卡的广泛应用。因此，有必要结合IC卡的制作工艺及使用环境对失效的IC卡进行分析，深入研究其失效模式及失效机理，探索引起失效的根本原因，以便采取相应的措施，改进IC卡的质量和性能1。 由IC卡失效样品的分析实例发现，芯片碎裂、内连引线脱落(脱焊、虚焊等)、芯片电路击穿等现象是引起IC卡失效的主要原因，本文着重对IC卡芯片碎裂、键合失效模式及机理进行研究和讨论，并简略介绍其他失效模式。 1芯片碎裂引起的失效 由于IC卡使用薄/超薄芯片，芯片碎裂是导致其失效的主要原因，约占失效总数的一半以上，主要表现为IC卡数据写入错、乱码、全“0”全“F”。 对不同公司提供的1739张失效IC卡进行电学测试，选取其中失效模式为全“0”全“F”的100个样品进行IC卡的正、背面腐蚀开封，光学显微镜(OM)观察发现裂纹形状多为“十”字、“T”字型，亦有部分为贯穿芯片的单条裂纹，并在顶针作用点处略有弯折，如图1。碎裂芯片中的裂纹50%以上，位于芯片中央附近并垂直于边缘;其余芯片的裂纹靠近芯片边缘或集中于芯片。 图1芯片背面碎裂的OM照片 芯片碎裂归根结底是由应力造成的，当外应力超出芯片碎裂强度时，芯片就会发生脆性碎裂2。制造工艺中减薄、上芯、压焊、塑封是引起芯片碎裂隐患的主要工序，这些工序易造成芯片表面的微裂纹或损伤，外加应力时出现应力集中现象，特别是垂直表面裂纹的张应力，多集中于裂纹的尖端。当应力超过芯片的应力强度因子时，微裂纹就会失去稳定并发生扩展，从而大大降低了芯片的强度。 下面根据芯片碎裂物理机理，结合IC卡制作工艺(包括硅片的后道工序、模块条带制作、IC卡成型工艺)，对导致IC卡薄芯片碎裂的根本原因进行深入分析。 图2芯片背面研磨损伤的OM照片 1.1硅片减薄

引线键合

引线键合(wire bonding，WB) 引线键合的定义：用金属丝将芯片的I/O端（内侧引线端子）与相对应的封装引脚或者基板上布线焊区（外侧引线端子）互连，实现固相焊接过程，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或者Au等，金属细丝是直径通常为20~50微米的Au、Al或者Si—Al丝。 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100ms互连（两个焊接和一个导线循环过程）； ? 焊点直径：100 μｍ↘50μｍ，↘30 μｍ； ? 节距：100 μm ↘55 μm，↘35 μm ； ? 劈刀(Wedge,楔头)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。 应用范围 低成本、高可靠、高产量等特点使得它成为芯片互连的主要工艺方法，用于下列封装（适用于几乎所有的半导体集成电路元件，操作方便，封装密度高，但引线长，测试性差） 1.陶瓷和塑料BGA、单芯片或者多芯片 2.陶瓷和塑料(CerQuads and PQFPs) 3.芯片尺寸封装(CSPs) 4.板上芯片(COB) 两种键合焊盘 1.球形键合 球形键合第一键合点第二键合点2.楔形键合

楔形键合第一键合点第二键合点 三种键合（焊接、接合）方法 引线键合为IC晶片与封装结构之间的电路连线中最常使用的方法。主要的引线键合技术有超音波接合（Ultrasonic Bonding, U/S Bonding）、热压接合(Thermocompression Bonding,T/C Bonding)、与热超音波接合(Thermosonic Bonding, T/S Bonding)等三种。 机理及特点 1.超声焊接：超音波接合以接合楔头(Wedge)引导金属线使其压紧于金属焊盘上，再由楔头输入频率20至60KHZ，振幅20至200μm，平行于接垫平面之超音波脉冲，使楔头发生水平弹性振动，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而完成焊接。常用于Al丝的键合。键合点两端都是楔形。铝合金线为超音波最常见的线材；金线亦可用于超音波接合，它的应用可以在微波元件的封装中见到。 特点：1.适合细丝、粗丝以及金属扁带。 2.不需外部加热，对器件无热影响 3.可以实现在玻璃、陶瓷上的连接 4.适用于微小区域的连接 步骤： 2.热压焊：金属线过预热至约300至400℃的氧化铝(Al 2 O 3 )或碳化钨（WC）等耐火材料所制成的毛细管状键合头（Bonding Tool/Capillary,也称为瓷嘴或焊针），再以电火花或氢焰将金属线烧断并利用熔融金属的表面张力效应使

引线键合的失效机理

引线键合的失效机理 小组成员：08521201樊量：什么是引线键合，常用的焊线方法 08023205高乐：键合工艺差错造成的失效 08023207王全：热循环使引线疲劳而失效 08023208高灿：金属间化合物使Au—Al系统失效 08023214徐国旺：内引线断裂和脱键产生的原因及其影响 08023215冯超：内引线断裂和脱键产生的原因及其影响 08023130黄宏耀：键合应力过大造成的失效

目录 1、引线键合---------------------------------------------------3 1.1常用的焊线方法-------------------------------------------3 1.1.1热压键合法--------------------------------------------3 1.1.2超声键合法--------------------------------------------3 1.1.3热超声键合法------------------------------------------3 1.1.4三种各种引线键合工艺优缺点比较------------------------4 1.2引线键合工艺过程-----------------------------------------4 2、键合工艺差错造成的失----------------------------------------6 2.1焊盘出坑------------------------------------------------7 2.2尾丝不一致----------------------------------------------7 2.3键合剥离------------------------------------------------7 2.4引线弯曲疲劳--------------------------------------------7 2.5键合点和焊盘腐蚀----------------------------------------7 2.6引线框架腐蚀--------------------------------------------8 2.7金属迁移------------------------------------------------8 2.8振动疲劳------------------------------------------------8 3、内引线断裂和脱键--------------------------------------------8 4、金属间化合物使Au—Al系统失效-------------------------------9 4.1 Au—Al 系统中互扩散及金属间化合物的形成-----------------9 4.2杂质对Au—Al系统的影响----------------------------------9 4.3改善方法------------------------------------------------10 5、热循环使引线疲劳而失效-------------------------------------10 5.1热循环峰值温度对金相组织的影响--------------------------10 5.2热循环峰值温度对冲击功的影响----------------------------10 5.3引线疲劳------------------------------------------------11 6、键合应力过大造成的失效-------------------------------------11 参考文献-------------------------------------------------------12

几种键合引线的详细对比

几种键合引线的详细对比-键合金丝/键合铜线/铝键合线 键合金丝，作为应用最广泛的键合丝来说,在引线键合中存在以下几个方面的问题： 1，Au2Al 金属学系统易产生有害的金属间化合物[ ,这些金属间化合物晶格常数不同,力学性能和热性能也不同,反应时会产生物质迁移,从而在交界层形成可见的柯肯德尔空洞 ( Kirkendall Void) ,使键合处产生空腔,电阻急剧增大,破坏了集成电路的欧姆联结,导电性严重破坏或产生裂缝,易在此引起器件焊点脱开而失效。 2，金丝的耐热性差,金的再结晶温度较低(150 ℃) ,导致高温强度较低。球焊时,焊球附近的金丝由于受热而形成再结晶组织,若金丝过硬会造成球颈部折曲;焊球加热时,金丝晶粒粗大化会造成球颈部断裂; 3，金丝还易造成塌丝现象和拖尾现象,严重影响了键合的质量; 4，金丝的价格昂贵,导致封装成本过高。 键合铝线，Al21 %Si 丝作为一种低成本的键合丝受到人们的广泛重视,国内外很多科研单位都在通过改变生产工艺来生产各种替代金丝的Al21 %Si 丝,但仍存在较多问题：1，普通Al21 %Si 在球焊时加热易氧化,生成一层硬的氧化膜,此膜阻碍球的形成,而球形的稳定性是Al21 %Si 键合强度的主要特性。实验证明,金丝球焊在空气中焊点圆度 高,Al21 %Si 球焊由于表面氧化的影响,空气中焊点圆度低; 2，Al21 %Si 丝的拉伸强度和耐热性不如金丝,容易发生引线下垂和塌丝; 3，同轴Al21 %Si 的性能不稳定,特别是伸长率波动大,同批次产品的性能相差大,且产品的成材率低,表面清洁度差,并较易在键合处经常产生疲劳断裂。 键合铜丝，早在10 年前,铜丝球焊工艺就作为一种降低成本的方法应用于晶片上的铝焊区金属化。但在当时行业的标准封装形式为18～40 个引线的塑料双列直插式封装(塑料DIP) ,其焊区间距为150～200μm , 焊球尺为100～125μm ,丝焊的长度很难超过3 mm。所以在大批量、高可靠的产品中,金丝球焊工艺要比铜丝球焊工艺更稳定更可靠。然而,随着微电子行业新工艺和新技术的出现及应用,当今对封装尺寸和型式都有更高、更新的要求。首先是要求键合丝更细,封装密度更高而成本更低。因此,铜键合丝又引起了人们的重视。无锡市霍尼科技采用新型工艺生产的单晶铜，利用专利工艺技术拉制成的键合铜丝完全解决了线径太小，容易氧化的问题。霍尼科技的单晶铜键合丝有如下特点：

引线键合工艺及其影响因素的研究完整版新

成都电子机械高等专科学校 毕业论文 题目引线键合工艺及其影响因素的研究 研究引线键合工艺及其影响因素 ＿＿着重金丝球键合分析 内容提要 引线键合就是用非常细小的线把芯片上焊盘和引线框架(或者基板)连接起来的过程。金线焊接工艺，是引线键合工艺的一种。它是利用金线将芯片上的信号引出到封装外壳的管脚上的工艺过程。本文主要探讨集成电路封装中金丝球键合工技术以及影响因素。 关键字引线键合工艺热超声焊球形焊接步骤引线键合线弧技术影响因素 WB与塑封的关系 目录 绪论 一 ………………………………………………………集成电路封装测试工艺流程简介 ▲前道工艺▲后道工艺

贴膜注模 研磨激光打印 抛光烘烤 晶片装裱电镀 切割电镀后烘烤 第二道外观检查料片装裱 焊片切割 银浆烘烤去粘 等离子清洗拣装 焊线（wire bond）第四道检查 第三道外观检查测试，包装，出货 二 …………………………金丝球焊线机简述 2.1 …………………………………引线键合工艺介绍 2.2…………………………………引线键合机的介绍 2.2.1…………………………键合机校正系统设计与实现 金球引线键合（Gold Ball Wire Bonding） 循序渐进的键合工艺 2.2.2 …………………………………………………………校正系统设计 2.2.2.1……………………………………………………伺服系统校正 2.2.2.2……………………………………图像系统校正（PRS） 2.2.2.3…………………………………………物料系统校正（MHS） 2.2.2.4……………………………………热台压板电动机校正 2.2.2.5………………………………………前后导轨电动机校正 2.2.2.6…………………………………………进出料电动机校正 2.2.2.7………………………………………键合头十字坐标校正 2.2.2.8 ………………………………………EFO打火高度校正 2.2.2.9 ……………………………………………USG校正 2.2.2.10…………………………………………键合压力校正 三. …………………………………………………引线键合的质量检测 3.1……………………………………对键合焊球形貌外观检测 3.1.1…………………………………………………两键合点的形状 3.1.2…………………………………………键合点在焊盘上的位置

第02章表面失效机理..

第二章表面失效机理 1*半导体器件常见的失效模式和机理 失效机理是指引起器件失效的实质原因，即引起器件失效的物理或化学过程。半导体器件包括二极管/三极管/集成电路和可控硅器件等。由于它们在材料和工艺制造上差别较小，所以失效机理大致相同，只是因器件种类不同，对各种失效机理的灵敏度有所不同，即使MOS电路和大规模集成电路（LSI），除了少数特殊问题外，其基本失效机理大致相同。因为所有半导体器件都是由芯片。电极系统/封装系统等几大部分组成。并且制造工艺和所用材料十分类似，所以基本失效机理是一致的。常见的失效机理如表2-1所示。集成电路失效机理如表2-2所示。 2* SiO2---Si 系统中的电荷 由于SiO2的钝化作用，硅平面器件的稳定性和可靠性有了很大提高，但它并不是完美无缺的，仍然存在着很大的不稳定性。近几十年来，人们对SiO2---Si系统中引起的器件不稳定的原因进行了大量的研究，实验分析表明，SiO2—Si系统内存在四种电荷：固定电荷/界面态/可动正离子和电离陷阱。它们将严重地影响器件的可靠性和稳定性，这些电荷的分布如图2-1所示。 一．可动正离子 SiO2的可动正电荷是碱金属离子沾污，它们是钠离子/钾离子/锂离子等正电荷。其中最主要的是钠离子。因为钠离子不仅迁移率较大（比钾离子高一个数量级）而且钠离子在地球上含量最多（储量在化学元素中占第16位），而锂（Li）元素在半导体器件工艺中却很少遇到，因此可动电荷主要来源于钠离子沾污。器件生产中所用的材料/玻璃器皿/化学式剂/去离子水/石英管等，钨丝以及不锈钢镊子等都含有钠离子。例如每克硼硅玻璃中含有7*1020个钠离子。造成热生长SiO2中钠离子含量高的另一个原因是钠离子在SiO2中的扩散系数很大，它仅次于氢离子，比常用的杂质元素P/B/As大近万倍。因此可以说在硅平面工艺的各种热处理过程中，SiO2对于钠离子是“透明”的，在温度---偏压实验中（如高温电老化）钠离子能在SiO2中横向及纵向移动，从而调制了器件有关表面的表面势，引起器件参数的不稳定，甚至失效。 在常规工艺生长的氧化层中存在着1012---1013个/cm2钠离子，在氧化膜生长过程中钠离子倾向于SiO2表面积累（此时对半导体器件性能影响较小），但在温度—偏压条件下，钠离子很快穿过SiO2并堆积到Si---SiO2界面附近，对半导体器件的影响增强，因此钠离子在氧化层中的分布几率呈现“U”形分布。 二．固定电荷 它是存在于氧化层中靠近Si—SiO2界面的25*10-10m范围内的正电荷。它起源于氧化过程引入的缺陷，由硅在氧化过程中硅界面氧化不完全，存在过量硅离子（即氧空位）而引起。硅在氧化过程中，SiO2的增厚是由O2或H2O扩散过已生成的SiO2层，在SiO2—Si 界面处与原子反应生成新的SiO2所致。由于SiO2—Si界面附近的O2浓度很低这就造成了该处SiO2结构中的缺氧状态，即氧空位，如图2-2所示。 固定电荷的特征如下： 1．其表面密度是固定的不随外加偏压和硅表面势而变化。 2．二氧化硅层厚度/硅衬底掺杂类型及浓度对固定电荷无显著影响。 3．在相似的工艺条件下，固定电荷面密度随硅晶体取向而明显变化，并按（111）>（110）>（100）顺序递减，近似3：2：1，如表2-3所示。 4．热氧化过程的气氛/高低温退火气氛及氧化温度对固定电荷数值均有很大影响。主要取决于最后一道高温处理。 固定电荷的影响是使MOS结构的C—V曲线向负方向平移，而不改变其形状。使MOS