规模生产中的铜引线键合

规模生产中的铜引线键合

2012-4-10 作者：Bernd K Appelt、Andy Tseng，ASE Group USA；Yi-Shao Lai、Chun-Hsiung Chen，ASE Group, Taiwan 来源: 半导体制造我要评论(0)

核心提示：引线键合实施至今已有40余年了，至今仍然是芯片与衬底互连的主流技术，所占市场份额约90%。细节距或细直径Cu引线键合已被成功地引入规模生产制造中。质量与良率的水平已与Au引线键合相当，可靠性超出标准JEDEC测试的2倍。

引线键合实施至今已有40余年了，仍然是芯片与衬底互连的主流技术，所占份额约90%。尽管一些人预言引线键合将由于互连密度的限制而终止，但设备和引线制造商以及引线键合工程师用金(Au)线键合时，已能将他们的技术推进到键合焊盘节距<40μ、引线直径0.5mil。铜(Cu)线键合也有20年以上的历史，但高功率应用受到限制，线径>2mil。因此，与Cu线有关的许多技术挑战（如硬度、易氧化和腐蚀等）已充分了解和掌握。也已用Cu引线键合仔细地设计和制造了Cu键合芯片，即对芯片焊盘结构及金属厚度相应作了优化。

只要Au商品价格在数百美元范围内，细节距Cu线键合或细Cu线键合就不会被重视。可现在Au商品价格已超过1400美元，看起来一直停留在这种水平（图1），降低成本的持续推动正要求引线键合费用减低。预期的成本降低超出用减小Au线直径能达到水平，≤0.6mil.的最细直径除外。

随着晶圆技术节点的进展，上面提到的技术挑战越发加剧。低介电常数（低K&ELK）晶圆介质的发展导致了机械性脆的芯片。每一个新的晶圆技术节点都是基于较低的K介质，因而芯片也更脆。对于Au引线键合来说，这已是很困难了，从而开发了更为可靠的焊盘堆叠结构。另一个挑战来自有源芯片区域上的键合，它要求增强的焊盘结构。在晶圆中引入Cu金属使情况得到一些缓解，它比以前的铝（Al）芯片连线更可靠。

到目前为止，所有的芯片设计与制造均针对最终的Au线键合装配。除了少数几个产品采用如镍/金或镍/钯/金焊盘外，即使Cu晶圆也是用Al焊盘。本文将主要关注用Al焊盘的芯片或Al焊盘结构。不同焊盘结构的键合参数及可靠性差别很大。

文献综述尽管Cu线键合的工程可行性研究一直进行已有25年以上，但只是近年才引起很大的关注。

Cu线键合的关键工程与可靠性问题也早就有人指出。为了克服在电子灭火（EFO）工艺过程中Cu的氧化问题（它会产生外观不好的烧球（FAB）），建议并广泛采用95%N2和5%H2组成的混合气体。在EFO过程中，混合气体中的H2提供额外的热能熔化铜，可以将Cu氧化物转换回Cu。为解决Cu FAB的硬度增大问题，寻求高纯铜软铜线或掺杂质的软化Cu线。但是，铜线硬度可能与FAB再结晶硬度有关。主要因素实际上是在键合形成过程中发生的加工硬化。已经对测定这一现象作了初始研究。另一方面，Al焊盘能用Si和/或Cu掺杂，以抗御Cu线键合过程中的冲击和超声负载。

但是，与常规的Au线键合比较，Cu线键合最明显的特点是参差不齐的小覆盖面以及Cu-Al IMC生长慢。虽然认为Cu-Al IMC生长慢有利于增强Cu线键合的可靠性，尽管Cu-Al界面上IMC覆盖有限，键合时很强的可键合性仍引起了广泛的研究；从而提出了一些有关键合机理的假设。由于Cu很容易氧化，在不同温度和湿度条件下长时间Cu线键合就成为工业生产中的重要问题。但可靠性数据（特别是细节距Cu线键合的数据）非常有限且分散，使其仍然处于争议之中，例如，模塑化合物中的离子杂质是否会导致Cu线腐蚀。镀Pd的Cu线用来提高Cu线键合的长期可靠性及保存期限。

最近已有报导谈到更新的Cu线键合工具及其能力，反映了细节距Cu线键合爆发式的增长。紧跟Cu线的市场发展，在会议上发表的有关Cu线键合的论文也呈指数式增长。

制造工艺的进展讨论这个问题时，细直径Cu线是指直径小于1.2mil的铜线。事实上，本文谈到的大多数工作是基于直径0.8mil的铜线，是Heraeus的4N Cu线Maxsoft，或是Nippon Micrometal的1X镀钯

Cu线。引线键合机是KnS型Maxum Ultra和Maxum Plus以及最新的Iconn。所有的引线键合机都装备用于Cu或CuPd引线的惰性气体EFO成套设备。采用专有的毛细管设计，衬底与芯片是用户指定的，节点范围从180nm到40nm。

引线键合的第一步是形成烧球（FAB）。对于4N Cu引线，采用混合气体（95%氮气和5%氢气）作为保护，对于PdCu引线则采用氮气。调整FAB几何形状产生没有任何表面瑕疵的球形FAB。一般通过优化sparc 电流和持续时间以及气体流量实现。圆球形状是已形成“无氧化”球的良好标志。此第一步实际上是工艺中比较容易的工艺步之一。

第二步是在芯片焊盘上形成实际键合。调整键合参数的过程与用于Au引线的过程本质上是一样的。当然需要更多的调整，以确保没有因要达到牢固键合所要求的更严酷条件发生焊盘凹坑或芯片开裂。键合参数优化一般遵循如用于Au线的标准程序试验设计（DOE），尽管工艺窗口要比Au线小得多。边界条件是

Al挤出（它一般是十分明显的）必须包含在键合焊盘开窗尺寸（BPO）内，如图3所示。进而，残余Al厚度选定是最小100nm。另外还显示，这一厚度通常经受得住JEDEC TCT大于1000小时。

键合参数优化正确时，任何节点（直到并包括40/45nm）的芯片，均能成功地键合，没有凹坑或开裂。这里采用的一种优秀分析设备是聚焦离子束（FIB）显微镜，它能提供极好的物理结构和晶粒结构分辨率。FIB使用的时间和功能仅提供选择性分析，而不是生产线监控。图4是不同节点芯片截面图的例子。一般说来，有Al覆盖的Cu晶圆在键合中比纯Al晶圆更牢固。要特别小心，确保焊盘下的通孔结构不受键合过程中过大力量的破坏。

虽然精确的键合参数取决于特定的器件并认为是专用的，但键合属性是开放而可说明的。尽管AlCu金属间化合物非常薄，引线拉力强度和烧球剪切强度在零时间处比对应的Au引线要高得多。工艺优化的一部分是为了获得足够的IMC覆盖。在工艺开发过程中，在整个封装工艺过程中跟踪这一IMC生长，可靠性测试中也间或跟踪。一般说来，上述文献中的研究结果证实：初始的IMC极薄，很难检测，IMC生长非常慢，比Au要慢一个数量级以上。

尽管最严格的弧圈还没有用于生产中，连接键合成弧并没有什么困难。特别是用最新一代键合机及其提供的附加控制参数，对极低线弧高度和特定形状的挑战应是很小的。二次键合或连线键合至今还没有任何挑战。衬底制作也不需要做任何改变就能得到牢固的键合，引线拉力值反映了这一点。键合形状与Au相当。二次键合当然得益于惰性气体保护，即使温度在室温与衬底温度之间也可使引线氧化最少。在规模制造环境下，引线的贮存寿命/车间寿命不是问题，因为消耗率是其中的一部分。不过，用长贮存寿命的引线（例如PdCu引线）时，车间制造管理就比较简单。

键合工艺开发的最新进展能实现芯片间隙小于50μm的芯片堆叠，可与Au引线比较，芯片突出差不多1mm。图5a及5b示出了一个例子。也成功地实施了芯片对芯片键合的反向键合，如图5c所示。最后，封装通过模塑工艺包封。模塑工艺及注胶前等离子清洗不需要做任何改变，与通常的等离子优化一样。要注意的是有关标准模塑化合物的可靠性，正如Cu的氧化和腐蚀倾向那样。腐蚀对Au来说也是常见的现象，其机理对二种金属来说本质上是相同的。因此进行了深入的研究减少模塑化合物中的卤素。这种努力对Au早就开始了，现正对Cu继续大力进行。模塑化合物供应商采取措施尽量减少模塑化合物中有效的卤素离子数量。除了筛选原始卤素含量低的树脂外，添加物用作离子阱，pH缓冲剂，以及改变玻璃转变温度。涉及的化学品当然是专用的。

总之，就引线键合、特别是对Cu引线键合的惯例来说，严格的车间制造管理是规模生产成功的关键。这需要严格的洁净室管理、精密的设备及优秀的操作人员、以及严格遵守各操作间的停留时间，以最大限度减少氧化和表面污染。Cu引线键合是可修复的，因此，首次通过的良率就是键合的最终良率。用这种精密的方法有可能获得相当于Au的良率，设备停工率小于传统的Au键合车间。当前在生产中运行的有1,478条引线的器件反映了Cu线键合的质量。当然，此经验也能应用到Au键合车间，提高其性能。

根据上述的对于封装类型SO、QFP、QFn和BGA以及几乎所有晶圆工厂的芯片的实践经验，可以设计出评估和鉴定试验新器件的精确方法。这是有三步的程序，其中用一组基本参数确立芯片的可键合性。在阶段二，优化键合参数并测定键合的属性。有时要做短循环可靠性试验。最后在阶段三，建立实际的鉴定试验设备并用按应用环境指定的JEDEC常用测试方法进行测试。若新类型芯片具有某些新属性（例如焊盘堆叠、金属厚度等），可以做另外的特性测定循环及试验，以保证封装的可靠性。

作为生产线质量和可靠性监控的一部分，要对选择的封装及晶圆节点做扩展的可靠性测试。如表1所示，标准JEDEC测试（如HAST、THT和TCT）能达到至少2倍于平常的寿命时间。依据应用条件，这些JEDEC 数据代表了几倍的寿命时间，特别是对许多手机和消费电子产品的应用。上述测试正继续确定网络及汽车应用所要求的长期可靠性。

结论细节距或细直径Cu引线键合已被成功引入规模生产制造中。质量与良率的水平已与Au引线键合相当。可靠性超出标准JEDEC测试的2倍，并继续提高。目前，已从6个不同工厂交货发运了20亿个以上的器件。1500多台引线键合机正用Cu引线运行，估计到2011年末将增加到4500台。

单金铜键合引线成套生产技术项目

单金铜键合引线成套生产技术项目可行性分析报告 一、概述 众所周知，在超大规模集成电路（VLSI）和甚大规模集成电路（VLSI）的芯片与外部引线的连接方法中，无论何时引线键合均是芯片连接的主要技术手段，因而键合引线已成为电子封装业四大重要结构材料之一。 鉴于键合引线的智能更新作用是将一个封装器件或两个部分焊接好并导电，以及封装设计中键合引线焊接所需间隙主要取决于丝的直径，因此对键合引线的单位体积导电率有很高的要求，同时，所选用之金属必须具有足够的延伸率，必须能够被拉伸到Ф0.016~0.050mm，且为了避免破坏晶片，该金属必须能够在足够低的温度下进行热压焊接和超声波焊接，其化学性能、抗腐蚀性能和冶金特性必须与它所焊接的材料相熔合。基于上述技术特性需求，所以用作键合引线的材料就被局限于Au、Ag、Cu、AI 四种金属之中。迄今为止，在微电子键合封装业中，最为广泛应用的键合引线是键合金丝。 随着微电子工业的蓬勃发展，集成电路电子封装业正向体积小、高性能、高密集、多芯片方向快捷推进，从而对键合引线的直径提出了超细（Ф0.018mm）的要求。由于超细的键合金丝在键合工艺中已不能胜任窄间距、长间距离键合技术指标的要求，同时也因黄金市值一路飙升，导致使用键合金丝的厂家生产成本猛增，制约了整个行业的技术提升及规模发展，因此，键合金丝

无论从质量上、数量上和成本上，均一不能满足集成电路电子封装也发展的需要。于是，开发和推广应用新型微电子封装材料势在必行，迫在眉睫。正是在这种背景下，我们决定联合开发单金铜键合引线成套生产技术，以满足不断发展的微电子封装业的需要。 顾名思义，单晶铜，即单晶体铜材，其整根铜材仅由一个晶粒组成，不存在晶粒之间产生的“晶界”。单金铜材料是经过“高温热铸模式连续铸造法”所制造的导体，也即运用凝固理论，通过热型连续铸造技术改变普通铜材微观多晶体结构而获得的一种新型材料，系无氧铜技术升级换代的新材料。该材料由于不存在“晶界”，不会对通过的信号产生折射和反射，故不会造成信号失真和衰减，因为具有稳定而优异的导电性、导热性、极好的高保真信号传输性，同时又具有稳定的化学性能及超常的物理机械加工性能，在加上过程中损耗量极低。基于这些特点，单金铜键合丝现在成为机电工业、微电子集成电路封装业相当完美极具应用价值的重要材料。 具体来说，单金铜丝用于键合引线的优势主要表现在以下几个方面： 1.单晶粒：单金铜丝只有一个晶粒，内部无晶界。单晶铜杆有 致密的定向凝固组织，消除了横向晶界，很少有缩孔、气孔等铸造缺陷，且结晶方向控丝方向相同，能够承受巨大的塑性变形能力。另外，由于没有阻碍位错滑移的晶界，变形、

金线和铜线的差别

铜线和金线的优缺点 1 引言丝球焊是引线键合中最具代表性的焊接技术，它是在一定的温度下，作用键合工具劈刀的压力，并加载超声振动，将引线一端键合在IC芯片的金属法层上，另一端键合到引线框架上或PCB便的焊盘上，实现芯片内部电路与外围电路的电连接，由于丝球焊操作方便、灵活、而且焊点牢固，压点面积大（为金属丝直径的2.5－3倍），又无方向性，故可实现高速自动化焊接[1]。丝球焊广泛采用金引线，金丝具有电导率大、耐腐蚀、韧性好等优点，广泛应用于集成电路，铝丝由于存在形球非常困难等问题，只能采用楔键合，主要应用在功率器件、微波器件和光电器件，随着高密度封装的发展，金丝球焊的缺点将日益突出，同时微电子行业为降低成本、提高可靠性，必将寻求工艺性能好、价格低廉的金属材料来代替价格昂贵的金，众多研究结果表明铜是金的最佳替代品[2－6]。 铜丝球焊具有很多优势：（1）价格优势：引线键合中使用的各种规格的铜丝，其成本只有金丝的1/3－1/10。（2）电学性能和热学性能：铜的电导率为0.62（μΩ/cm）－1，比金的电导率[0.42（μΩ/cm）－1]大，同时铜的热导率也高于金，因此在直径相同的条件下铜丝可以承载更大电流，使得铜引线不仅用于功率器件中，也应用于更小直径引线以适应高密度集成电路封装；（3）机械性能：铜引线相对金引线的高刚度使得其更适合细小引线键合；（4）焊点金属间化合物：对于金引线键合到铝金属化焊盘，对界面组织的显微结构及界面氧化过程研究较多，其中最让人们关心的是"紫斑"（AuAl2）和"白斑"（Au2Al）问题，并且因Au和Al两种元素的扩散速率不同，导致界面处形成柯肯德尔孔洞以及裂纹。降低了焊点力学性能和电学性能[7，8]，对于铜引线键合到铝金属化焊盘，研究的相对较少，Hyoung－Joon Kim等人[9]认为在同等条件下，Cu/Al界面的金属间化合物生长速度比Au/Al界面的慢10倍，因此，铜丝球焊焊点的可靠性要高于金丝球焊焊点。 1992年8月，美国国家半导体公司开始将铜丝球焊技术正式运用在实际生产中去，但目前铜丝球焊所占引线键合的比例依然很少，主要是因此铜丝球焊技术面临着一些难点：（1）铜容易被氧化，键合工艺不稳定，（2）铜的硬度、屈服强度等物理参数高于金和铝。键合时需要施加更大的超声能量和键合压力，因此容易对硅芯片造成损伤甚至是破坏。本文采用热压超声键合的方法，分别实现Au引

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。

单晶铜键合丝开发

单晶铜键合丝开发 1、单晶铜杆生产过程中的工艺参数匹备 单晶铜杆生产过程中的工艺参数主要包括：铜液温度、铸型温度、拉铸速度、冷却水量等,具体参数如下： (1)铜液温度为1135℃左右; (2)铸型的温度(Tm)温度控制在1100～1130℃; (3)冷却水的流量为100ml/min,冷却距离为20～30mm; (4)连铸速度R为20～40mm/min; (5)液位高度为3mm; (6)单晶铜杆直径Φ6mm。 采用该工艺参数得到组织稳定,内部无缩孔、气孔等铸造缺陷,表面光洁的单晶铜键合线坯料。 2、单晶铜键合丝生产 (1)拉丝速度的确定单晶铜在冷加工过程中较易产生加工硬化,在拉丝过程中,拉丝速度过快引起线材变形不均从而导致线材性能的不稳定,并引起一些严重的表面缺陷,拉丝速度过慢生产效率的降低;通过该项目研究确定了单晶铜键合丝拉制速度为400～600m/min。 (2)单晶铜拉丝时的配模在键合丝生产过程中,拉丝模的配模对成品质量有至关重要的影响,合理配模是保证线材具有良好表面质量的前提,配模不当将导致键合线表面严重缺陷、模具的加速磨损和拉丝过程中的断线;该项目通过试验分析,确定了单晶铜键合丝拉制的配模表。(3)单晶铜拉丝时润滑液的选取拉丝用润滑液有油性和水性之分,油性润滑液有较好的润滑效果,但容易残留在线材表面不易清理,水性润滑液不宜残留在线材表面且较易清理,但润滑效果不佳,易引起断线。单晶铜键合丝采用水性润滑剂,润滑剂的浓度在0.4～0.8%,润滑剂的稀释采用去离子水。 (4)单晶铜生产过程中的热处理工艺参数确定单晶铜在冷加工过程中较易产生加工硬化,合理的热处理对消除加工硬化、提高可加工性有着重要的作用。 3、键合丝退火复绕和包装 (1)单晶铜键合丝退火工艺参数确定单晶铜退火工艺参数主要包括：退火温度、退火速度等,合理退火工艺参数能够保证单晶铜键合丝具有良好的机械性能;获得了单晶铜热处理退火温度与时间和键合丝线径之间的函数关系。单晶铜键合丝线径与退火温度之间的函数关系方程为(X为线径Mil,Y为退火温度℃)：Y=397.93+24.55X-4.22X2 单晶铜键合丝线径与退火时间之间的函数关系方程为(X为线径,Z为退火时间)：Z=-2.41+5.76X-1.08X2 (2)单晶铜键合丝复绕方法退火后单晶铜键合线复绕方法的合理与否,直接影响到键合丝使用过程中顺畅放线,放线不顺畅将导致线材的报废;节距不能过小,节距过小键合丝之间近乎平行排列,易于压线和粘丝,而节距过大则会单层的排线疏松,从而引起压线。对于0.025mm的单晶铜键合丝,通过试验节距设定为0.0255mm。 (3)单晶铜键合丝退火过程中的保护铜属于活泼金属,在高温时较易氧化,进而影响到键合丝的性能,退火复绕时对键合线的保护也是键合线生产过程中的一个关键技术。本项目设计开发了单晶铜键合丝热处理保护装置,并申请了发明专利。 通过上述内容的研究,在解决了设备、模具、润滑、退火等方面的问题之后,制定了下述单晶铜键合丝生产工艺： ①、采用高真空炉(真空度达到10～2MPa)将高纯铜(纯度高于99.995%)熔化,而后升温 1100℃,精炼60分钟,整个熔炼过程采用高纯氩气(99.9%)保护,采用定向凝固方式拉制φ8mm单晶铜杆;

引线键合工艺参数对封装质量的影响因素分析

引线键合工艺参数对封装质量的影响因素分析 刘长宏，高健，陈新，郑德涛 （广东工业大学机电学院，广州510090）1 引言 目前IC器件在各个领域的应用越来越广泛，对封装工艺的质量及检测技术提出了更高的要求，如何实现复杂封装的工艺稳定、质量保证和协同控制变得越来越重要。目前国外对引线键合工艺涉及的大量参数和精密机构的控制问题已有较为深入的研究，并且已经在参数敏感度和重要性的排列方面有了共识。我国IC封装研究起步较晚，其中的关键技术掌握不足，缺乏工艺的数据积累，加之国外的技术封锁，有必要深入研究各种封装工艺，掌握其间的关键技术，自主研发高水平封装装备。本文将对引线键合工艺展开研究，分析影响封装质量的关键参数，力图为后续的质量影响规律和控制奠定基础。 2 引线键合工艺 WB随着前端工艺的发展正朝着超精细键合趋势发展。WB过程中，引线在热量、压力或超声能量的共同作用下，与焊

盘金属发生原子间扩散达到键合的目的。根据所使用的键合工具如劈刀或楔的不同，WB分为球键合和楔键合。根据键合条件不同，球键合可分为热压焊、冷超声键合和热超声键合。根据引线不同，又可分为金线、铜线、铝线键合等。冷超声键合常为铝线楔键合。热超声键合常为金丝球键合，因同时使用热压和超声能量，能够在较低的温度下实现较好的键合质量，从而得到广泛使用。 2.1 键合质量的判定标准 键合质量的好坏往往通过破坏性实验判定。通常使用键合拉力测试（BPT）、键合剪切力测试（BST）。影响BPT结果的因素除了工艺参数以外，还有引线参数（材质、直径、强度和刚度）、吊钩位置、弧线高度等。因此除了确认BPT 的拉力值外，还需确认引线断裂的位置。主要有四个位置：⑴第一键合点的界面；⑵第一键合点的颈部；⑶第二键合点处；⑷引线轮廓中间。 BST是通过水平推键合点的引线，测得引线和焊盘分离的最小推力。剪切力测试可能会因为测试环境不同或人为原因出现偏差，Liang等人 [1]介绍了一种简化判断球剪切力的

LED 铜线和金线的优缺点

这里有一份铜线和金线的详细试验结果与分析 1引言 丝球焊是引线键合中最具代表性的焊接技术，它是在一定的温度下，作用键合工具劈刀的压力，并加载超声振动，将引线一端键合在IC 芯片的金属法层上，另一端键合到引线框架上或PCB便的焊盘上，实现芯片内部电路与外围电路的电连接，由于丝球焊操作方便、灵活、而且焊点牢固，压点面积大（为金属丝直径的2.5－3倍），又无方向性，故可实现高速自动化焊接[1]。 丝球焊广泛采用金引线，金丝具有电导率大、耐腐蚀、韧性好等优点，广泛应用于集成电路，铝丝由于存在形球非常困难等问题，只能采用楔键合，主要应用在功率器件、微波器件和光电器件，随着高密度封装的发展，金丝球焊的缺点将日益突出，同时微电子行业为降低成本、提高可靠性，必将寻求工艺性能好、价格低廉的金属材料来代替价格昂贵的金，众多研究结果表明铜是金的最佳替代品[2－6]。 铜丝球焊具有很多优势： （1）价格优势：引线键合中使用的各种规格的铜丝，其成本只有金丝的1/3－1/10。 （2）电学性能和热学性能：铜的电导率为0.62（μΩ/cm）－1，比金的电导率[0.42（μΩ/cm）－1]大，同时铜的热导率也高于金，因此在直径相同的条件下铜丝可以承载更大电流，使得铜引线不仅用于功率器件中，也应用于更小直径引线以适应高密度集成电路封装；

（3）机械性能：铜引线相对金引线的高刚度使得其更适合细小引线键合； （4）焊点金属间化合物：对于金引线键合到铝金属化焊盘，对界面组织的显微结构及界面氧化过程研究较多，其中最让人们关心的是"紫斑"（AuAl2）和"白斑"（Au2Al）问题，并且因Au和Al两种元素的扩散速率不同，导致界面处形成柯肯德尔孔洞以及裂纹。降低了焊点力学性能和电学性能[7，8]，对于铜引线键合到铝金属化焊盘，研究的相对较少，Hyoung－JoonKim等人[9]认为在同等条件下，Cu/Al 界面的金属间化合物生长速度比Au/Al界面的慢10倍，因此，铜丝球焊焊点的可靠性要高于金丝球焊焊点。 1992年8月，美国国家半导体公司开始将铜丝球焊技术正式运用在实际生产中去，但目前铜丝球焊所占引线键合的比例依然很少，主要是因此铜丝球焊技术面临着一些难点： （1）铜容易被氧化，键合工艺不稳定， （2）铜的硬度、屈服强度等物理参数高于金和铝。键合时需要施加更大的超声能量和键合压力，因此容易对硅芯片造成损伤甚至是破坏。 本文采用热压超声键合的方法，分别实现Au引线和Cu引线键合到Al-1％Si-0.5％Cu金属化焊盘，对比考察两种焊点在200℃老化过程中的界面组织演变情况，焊点力学性能变化规律，焊点剪切失效模式和拉伸失效模式，分析了焊点不同失效模式产生的原因及其和力学性能的相关关系。

迈士通开拓进取、再铸辉煌--企业员工演讲稿

迈士通开拓进取、再铸辉煌--企业员工演讲稿 迈士通开拓进取、再铸辉煌--企业员工演讲稿 尊敬的各领导、各评委，亲爱的同事们： 晚上好！我是来自材料事业群的张玉兰，很高兴能加入迈士通材料事业群这个大，虽然每个成员都来自不同区域，有过不同工作经历，但今天我们汇聚一堂，为了同一个梦想而努力，而这个梦想便是让迈士通材料事业群腾飞。我今天演讲的题目是《迈士通开拓进取、再铸辉煌》。 1999年，迈士通成立于厦门南山的一间民房，当时设备简陋，员工紧缺，但在赵董的正确引导下，在大家的齐心协力下，经过十年的努力。已由当初的一根连接器发展为5个产业群的大型集团公司，从当初的一间民房发展到目前的六大基地，由当初的一名员工增加到4500名工。XX年，迈士通集团开始了“二次创业”第一个“里程碑”。经过第一个十年的准备，迈士通器件、航空、材料、能源和电气五个产业群实现突破式发展目标，六个产业基地也步入快速前进轨道。XX年，我们描绘了清晰的“航海图：”一、实现“两硬”，两软，两硬――实现规模化发展和产业升级；两软――探索迈士通长远发展的dna和打造有社会责任的金字招牌；二、五大项目推进，四个上台阶；三、国内、国际三个大三角布局；四、牢牢抓住焦点团队―“三个拳头”（拳头高管、拳头专家、拳头博士），在迈士通清晰的航海图中，我们即将看到一匹黑马在国际驰骋。 在XX年1月前，我对迈士通集团所属行业、所经营的产品不甚了解。XX年1月，我进入迈士通材料事业部工作，刚开始不知道什么叫高分子材料，什么叫单晶铜健合引线、什么叫铜杆拉丝。在一段时间的耳濡目染后，我对材料事业部所经营的产品有了深入的了解，知道单晶铜用于何种行业、知道什么叫改性塑料及其用途；清楚了材料事业部的规划及发展方向；因为迈士通集团有着前瞻性的眼光，能

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

单晶铜

单晶铜 单晶铜（简称OCC）用于音响线材的制作，是近年音响线材制造业的一项重大突破。科学实验证明：单晶铜是一种高纯度无氧铜，其整根铜杆仅由一个晶粒组成，不存在晶粒之间产生的“晶界”（“晶界”会对通过的信号产生反射和折射，造成信号失真和衰减），因而具有极高的信号传输性能。与之相比，被广泛用于音响线材制作的无氧铜（简称OFC），其内部晶粒数量众多，“晶界”造成信号失真和衰减，以至信号传输性能比单晶铜逊色。 一、单晶铜定义 单晶铜因消除了作为电阻产生源和信号衰减源的晶界而具有优异的综合性能: 卓越的电学和信号传输性能，良好的塑性加工性能；优良的抗腐蚀性能；显著的抗疲劳性能；减少了偏析、气孔、缩孔、压杂等铸造缺陷；光亮的表面质量；因而主要用于国防高技术、民用电子、通讯以及网络等领域。单晶铜，是经过“高温热铸模式连续铸造法”所制造的导体技术，因为铸造过程经过特殊加热处理，所以可以获得单结晶状铜导体，每一结晶可以延伸数百米以上，在实际应用之长度上结晶粒仅有一个，并没有所谓“晶粒界面”存在，在讯号传讯时，无需透过晶粒与晶粒之间的“晶界”，讯号更易于穿透与传导，因此损耗极低，堪称是相当完美的线材。其物理性能接近白银。 二、单晶铜特性： 用单晶连铸技术拉出的铜材仅由一个晶粒组成，具有超常的机械加工性能和电学特性。其特点有三： a.单晶铜纯度达到99.9999%； b.电阻比普通铜材低8%到13%； c.韧性极高，普通铜材扭转16圈即断，单晶铜材可扭转116圈。如此优势，使单晶铜产品成为制作高保真音视频信号、高频数字信号传输线缆和微电子行业用超微细丝的顶级材料，可用于手机、音响、电脑等领域，使微电子器件性能更佳、体积更小、寿命更长。 1.传输音视频信号线 各种音频视频信号在传输过程中通过晶界时,都会产生反射、折射等现象使信号变形、失真衰减,而单晶铜极少的晶界或无晶界使传输质量得到根本改善。因此,单晶铜在音视频信号传输方面得到广泛的应用。 2电脑硬盘数据线 由于高频信号的强烈集肤效应和其在晶界处的衰减和损耗,造成传输速度慢、失真度大,特别是在多晶的普通材料更为严重,随着信息产业的迅速发展,计算机速度要求越来越快,传输频率越来越高,而当今计算机速度最大瓶颈就是硬盘速度,如果采用单晶铜做硬盘数据信号线可大大提高硬盘传输速度。 3.超细线 随着电子工业的迅猛发展,各种电子元件都趋向于微型化、轻量化。作为导体主要材料的铜线,线径要求也越来越细,无氧铜杆由于其多晶组织,就不可避免存在缺陷及在晶界处的氧化物等,从而影响其进一步的拉细加工目前单晶铜线最细可拉到直径0.016mm，基本满足最高要求。由于单晶铜具有优良的机械性能、物理性能和电性能,它还将广泛应用于压制线路板、集成电路底版、通讯电缆、航天飞行器、高导电率电缆电线等领域。单晶铜丝是实现引线框架全铜化、全面替代集成电路中键合金丝的关键产品，集成电路封装产业正向全铜化迅速推进，这一革命化变革中具有重要意义。 三、行业前景： 集成电路时信息产品的发展基础，信息产品是集成电路的应用和发展的动力。伴随着集成电路制造业和封装业的兴起，必然将带动相关产业，特别是上游基础产业的蓬勃发展。作为半导体封装的四大基础材料之一的键合金丝，多年来虽然是芯片与框架之间的内引线，是集成电路封装的专用材料，但是随着微电子工业的蓬勃发展，集成电路电子封装业正快速的

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。

年产5000kg单晶铜键合引线项目建议书

年产5000kg（13亿米）单金铜键合引线项 目建议书 一、概述 众所周知，在超大规模集成电路（VLSI）和甚大规模集成电路（VLSI）的芯片与外部引线的连接方法中，无论何时引线键合均是芯片连接的主要技术手段，因而键合引线已成为电子封装业四大重要结构材料之一。 鉴于键合引线的智能更新作用是将一个封装器件或两个部分焊接好并导电，以及封装设计中键合引线焊接所需间隙主要取决于丝的直径，因此对键合引线的单位体积导电率有很高的要求，同时，所选用之金属必须具有足够的延伸率，必须能够被拉伸到Ф0.016~0.050mm，且为了避免破坏晶片，该金属必须能够在足够低的温度下进行热压焊接和超声波焊接，其化学性能、抗腐蚀性能和冶金特性必须与它所焊接的材料相熔合。基于上述技术特性需求，所以用作键合引线的材料就被局限于Au、Ag、Cu、AI四种金属之中。迄今为止，在微电子键合封装业中，最为广泛应用的键合引线是键合金丝。 随着微电子工业的蓬勃发展，集成电路电子封装业正向体积小、高性能、高密集、多芯片方向快捷推进，从而对键合引线的直径提出了超细（Ф0.018mm）的要求。由于超细

的键合金丝在键合工艺中已不能胜任窄间距、长间距离键合技术指标的要求，同时也因黄金市值一路飙升，导致使用键合金丝的厂家生产成本猛增，制约了整个行业的技术提升及规模发展，因此，键合金丝无论从质量上、数量上和成本上，均一不能满足集成电路电子封装也发展的需要。于是，开发和推广应用新型微电子封装材料势在必行，迫在眉睫。正是在这种背景下，我们决定联合开发单金铜键合引线成套生产技术，以满足不断发展的微电子封装业的需要。 单金铜丝用于键合引线的优势主要表现在以下几个方面：1、单晶粒：单金铜丝只有一个晶粒，内部无晶界。单晶铜杆有致密的定向凝固组织，消除了横向晶界，很少有缩孔、气孔等铸造缺陷，且结晶方向控丝方向相同，能够承受巨大的塑性变形能力。另外，由于没有阻碍位错滑移的晶界，变形、冷作、硬化恢复快，所以是拉制Ф0.016~0.03mm键合引线的理想材料； 2、高纯度：目前，在我国的单晶铜丝原材料可以做到99.999%（5N）或99.9999%（6N）的纯度； 3、机械性能好：与纯度相同的金丝相比，单晶铜丝具有良好的拉伸、剪切强度和延展性，可将其加工至Ф0.016~0.03mm的单晶铜微细丝代替金丝，从而供引线键合间距更小、更稳定，以满足封装新技术工艺需要； 4、导电性、导热性好：单晶铜丝的导电率、导热率比金丝

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

铜线键合氧化防止技术

铜线键合氧化防止技术 [摘要] 铜线以其相较传统金线更加良好的电器机械性能和低成本特点，在半导体引线键合工艺中开始广泛应用。但铜线易氧化的特性也在键合过程中容易带来新的失效问题。文中对这种失效机理进行了分析，并对防止铜线键合氧化进行了实验和研究。 [关键词] 铜线键合氧化失效 1、引言 半导体引线键合（Wire Bonding）的目的是将晶片上的接点以极细的连接线（18～50um）连接到导线架的内引脚或基板的金手指，进而籍此将IC晶片之电路讯号传输到外界。引线键合所使用的连接线一般由金制成。近年来，金价显著提升，而半导体工业对低成本材料的需求更加强烈。铜线已经在分离器件和低功率器件上成功应用。随着技术的进步，细节距铜引线键合工艺已得到逐步的改进与完善。铜作为金线键合的替代材料已经快速取得稳固地位。但由于铜线自身的高金属活性也在键合过程中容易带来新的失效问题。 引线键合技术又称为焊线技术，根据工艺特点可分为超声键合、热压键合和热超声键合。由于热超声健合可降低热压温度，提高键合强度，有利于器件可靠性，热超声键合已成为引线键合的主流。本文所讨论的内容皆为采用热超声键合。 2、铜线键合的优势与挑战 与金线连接相比，铜线连接主要有着成本低廉并能提供更好电气性能的优点。最新的研究工作已经扩展到了多节点高性能的应用。这些开发工作在利用铜线获得成本优势的同时，还要求得到更好的电气性能。随着半导体线宽从90纳米降低到65甚至45纳米,提高输入输出密度成为必需，要提高输入输出密度需要更小键合间距，或者转向倒装芯片技术。铜线连接是一个很好的解决方案，它可以规避应用倒装芯片所增加的成本。以直径20um为例，纯铜线的价格是同样直径的金线的10％左右，镀钯铜线的价格略高，但仍仅是同样直径的金线的20％左右。 如图1所示，除了较低的材料成本之外，铜线在导电性方面也优于金线。就机械性能而言，根据Khoury等人的剪切力和拉伸力实验，铜线的强度都大于金线的强度。而实验结果显示铜线的电阻率是 1.60 (μΩ/cm)，电导率是0.42 (μΩ/cm)-1. 这些结果说明铜线比金线导电性强33%。铜线形成高稳定线型的能力强过金线，特别是在模压注塑的过程中，当引线受到注塑料的外力作用时，铜线的稳定性强过金线。原因是因为铜材料的机械性能优于金材料的机械性能。 另一方面，由于铜线自身的高金属活性，铜线在高压烧球时极易氧化。氧化物的存在对于键合的结合强度是致命的。氧化铜阻碍铜与铝电极之间形成共金化

迈士通开拓进取、再铸辉煌-企业员工演讲稿

( 企业演讲稿) 姓名：____________________ 单位：____________________ 日期：____________________ 编号：YB-BH-077569 迈士通开拓进取、再铸辉煌-企Maelstone's pioneering spirit and brilliant future

演讲稿| Speech 企业演讲稿迈士通开拓进取、再铸辉煌-企业员工 演讲稿 尊敬的各领导、各评委，亲爱的同事们： 晚上好！我是来自材料事业群的张玉兰，很高兴能加入迈士通材料事业群这个大家庭，虽然每个成员都来自不同区域，有过不同工作经历，但今天我们汇聚一堂，为了同一个梦想而努力，而这个梦想便是让迈士通材料事业群腾飞。我今天演讲的题目是《迈士通开拓进取、再铸辉煌》。 1999年，迈士通成立于厦门南山的一间民房，当时设备简陋，员工紧缺，但在赵董的正确引导下，在大家的齐心协力下，经过十年的努力。已由当初的一根连接器发展为5个产业群的大型集团公司，从当初的一间民房发展到目前的六大基地，由当初的一名员工增加到4500名工。XX年，迈士通集团开始了“二次创业”第一个“里程碑”。经过第一个十年的准备，迈士通器件、航空、材料、能源和电气五个产业群实现突破式发展目标，六个产业基地也步入快速前进轨道。XX年，我们描绘了清晰的“航海图：”一、实现“两硬”，两软，两硬——实现规模化发展和产业升级；两软——探索迈士通长远发展的dna和打造有社会责任的金字招牌；二、五大项目推进，四个上台阶；三、国内、国际三个大三角布局；四、牢牢抓住焦点团队—“三个拳头”（拳头高管、拳头专家、拳头博士）， 第2页

键合铜丝

单晶铜丝 各种音频视频信号在传输过程中通过晶界时,都会产生反射、折射等现象使信号变形、失真衰减,而单晶铜极少的晶界或无晶界使传输质量得到根本改善。因此,单晶铜在音视频信号传输方面得到广泛的应用。同样情况，由于芯片输入已高达数千输入引脚的大量增加，使原来的金、铝键合丝的数量及长度也大大增加，致使引线电感、电阻很高，从而也难以适应高频高速性能的要求，在这种情况下，我们同样采取了性价比都优于金丝的单晶铜（ф0.018mm）进行了引线键合，值得可贺的是键合后结果取得了预想不到的成功。作为半导体封装的四大基础材料之一的键合金丝，多年来虽然是芯片与框架之间的内引线，是集成电路封装的专用材料，但是随着微电子工业的蓬勃发展，集成电路电子封装业正快速的向体积小，高性能，高密集，多芯片方向推进，从而对集成电路封装引线材料的要求特细（¢0.016mm），而超细的键合金丝在键合工艺中已不能胜任窄间距、长距离键合技术指标的要求。 特别令我们高兴的是，这种期待与渴望，在“2007年中国半导体封装测试技术与市场研讨会”上，我们公司的单晶铜键合引线新产品被行业协会的专家“发现”，并立即得到大会主席及封装分会理事长毕克允教授的充分肯定和支持。其集成度也达到数千万只晶体管至数亿只晶体管，布线层数由几层发展至10层，布线总长度可高达1.4Km。

作为导体主要材料的铜线,线径要求也越来越细,无氧铜杆由于其多晶组织,就不可避免存在缺陷及在晶界处的氧化物等,从而影响其进一步的拉细加工目前单晶铜线最细可拉到直径0.016mm，基本满足最高要求。为促进技术成果尽快向产业化转移，促进生产力的发展，为此，我们一直期待着能早日为集成电路封装业高尖端技术的应用做出应有的贡献。随着电子工业的迅猛发展,各种电子元件都趋向于微型化、轻量化。 集成电路时信息产品的发展基础，信息产品是集成电路的应用和发展的动力。特别是低弧度超细金丝，大部份主要依赖于进口，占总进口量的45%以上。从此我们将在分会的领导下，将这一新兴的单晶铜键合丝新产品尽早做强做大，走在全国的前列并瞄准国际市场，以满足即将到来的单晶铜键合引线的大量需求。 近几年来，根据国内外集成电路封装业大踏步的快速发展，我公司紧跟这一发展趋势，在全国率先研发生产出单晶铜键合丝，其直径规格最小为ф0.016mm，可达到或超过传统键合金丝引线ф0.025mm 和缉拿和硅铝丝ф0.040mm质量水平。