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键合铜丝面临的问题

发布时间:2020/7/16 15:28:34 | 点击:12

  尽管键合铜丝具备诸多优良的性能,但由于铜自身的物理特性,铜键合丝在实际的应用过程中仍存在诸多的局限性。因此,想法改良键合铜丝在实际应用过程中出现的不足是当前面临的主要问题。


金银合金丝(蓝)


  1、键合铜丝硬度比较大

  由于铜的固有属性,键合铜丝成品丝材的硬度比金丝要高,因此为保证焊点结合的可靠性,铜丝键合时所需的功率和压力参数要高一些, 但如果键合工艺参数设置过高又容易损伤芯片。


  2、键合铜丝与键合金丝相比更易于氧化

  铜丝在实际应用过程中很容易产生过多的氧化层,这将影响圆金属焊球的形成。而这一部往往是形成良好键合的关键。铜的氧化还可能会导致腐蚀裂缝。铜的焊接性能也比较差,这是由于焊接中铜的氧化与铜线表面的污染造成的。铜线表面还会被有机物污染,对于这种污染- -般采用离子清洗法对其表面进行清洗来去除。铜的氧化,一种 是在室温下由于其外表面长期与空气接触而产生的氧化现象,其成分为Cu2O,另一种是在焊接加工过程中高温作用下铜与氧气发生的反应,其成分为CuO.铜线在焊接过程中存在这两种氧化物,正是他们影响了键合铜丝的焊接性能。为防止铜氧化,必须采用增加保护气体来处理,在形成金属焊球的时候,可以将铜线置于惰性气体中,但是,这将给封装添加新的复杂度,比如说要对氮气的控制。国内某机构研制的铜线球焊装置,采用受控脉冲放电式双电源形球系统,并用微机控制形球的高压脉冲数、频率、频宽比以及低压维弧时间,从而实现了对形球能量的精确控制与调节,在氩气保护下确定了铜线的质量。另外也有人试图用电镀的方法来防止铜键合线表面氧化。电镀主要是镀上Au、Ag. Pd和Ni等,电镀之后还有利于提高键合强度。


  3、在键合铜丝与铜焊盘键合时,焊盘设计不易控制

  通常的焊盘由多层金属组成,现在制作焊盘时引入了具有较低介电常数的材料,而且往往通过增加这种低介电常数的空隙率来进一步地降低其介电常数, 但是这又进一步地降低了焊盘的硬度。而铜键合线的硬度较大,所以增加了键合难度以及可靠性,设计合理的焊盘结构参数可以在-定的程度上帮助解决这个问题,这需要用有限元模拟方法来估计不同的结构所能承受的应力以及变形状态。


  4、可靠性测试和失效分析困难

  失效分析比较难做首先是因为在X光检查下,铜线与下面的铜引线框架不能形成明显的对比。再者,铜线会跟硝酸发生化学反应,所以不能用传统的喷蚀来开封器件。另外,由于铜线与金线工艺相近,应用场合也大致相同,所以目前有针对铜线可靠性以及性能测试的相应标准,在实际应用中,主要是以同规格的金线的各种标准来衡量铜线焊点的质量和可靠性。铜线键合的失效模式与金线也有很多类似的地方,比如说铜线超声楔焊焊点的失效模式就跟金线非常类似,这些失效模式主要有引线过长、容易碰上裸露的芯片或者临近的引线造成短路而烧毁;键合压力过大损伤引线,容易短路以及诱发电迁移效应;压焊过轻或铝层表面太脏导致压点虚焊易脱落;压点处有过长尾线,引线过松、过紧等。但是,有些失效模式是铜键合特有的,具体地说可能是由材料造成的,也有可能是由工艺过程造成的,许多新出现的问题还有待进-一步的研究。 因此,随着铜键合工艺的大量应用,针对铜键合线的可靠性分析和失效机理研究将有十分重要的意义。