铜线键合
单晶铜线键合工艺
·铜线键合工艺一、铜线工艺对框架的特殊要求-------铜线对框架的的要求主要有以下几点：1、框架表面光滑，镀层良好；2、管脚共面性良好，不允许有扭曲、翘曲等不良现象。
3、管脚粗糙和共面性差的框架拉力无法保证且容易出现翘丝和切线造成的烧球不良，压焊过程中容易断丝及出现tail too short ；二、保护气体----安装的时候保证E-torch上表面和right nozzle 的下表面在同一个平面上．才能保证烧球的时候，氧化保护良好．同时气嘴在可能的情况下尽量靠近劈刀，以保证气体最大范围的保护三、劈刀的选用——同金线相比较，铜线选用劈刀差别不是很大，但还是有一定的差异：1、铜线劈刀T 太小2nd容易切断，造成拉力不够或不均匀2、铜线劈刀CD不能太大，也不能太小，不然容易出现不粘等现象3、铜线劈刀H与金线劈刀无太大区别（H比铜丝直径大8µm即可，太小容易从颈部拉断）4、铜线劈刀CA太小线弧颈部容易拉断，太大易造成线弧不均匀；5、铜线劈刀FA选用一般要求8度以下（4-8度）6、铜线劈刀OR选用大同小异四、压焊夹具的选用铜线产品对压焊夹具的选用要求非常严格，首先夹具制作材料要选用得当，同时夹具表面要光滑，要保证载体和管脚无松动要，否则将直接影响产品键合过程中烧球不良、断线、翘丝等一系列焊线问题。
·铜线的特性及要求1. 切实可行的金焊线替代产品。
2. 细铜焊线（<1.3mil）3. 铜焊线，机械、电气性质优异，适用于多种高端、微间距器件，引线数量更高、焊垫尺寸更小。
铜焊线（1.3-4mil）4.铜焊线，不仅具有铜焊线显著的成本优势，而且降低了铜焊点中的金属间生长速度，这样就为大功率分立封装带来了超一流的可靠性。
·成本优势由于铜的成本相对较低，因此人们更愿意以铜作为替代连接材料。
对于1mil焊线，成本最高可降低75%*，2mil可达90%*，具体则取决于市场状况。
键合铜线的调研报告
键合铜线的调研报告调研报告：键合铜线一、背景介绍键合铜线是一种新兴的电子封装材料，用于半导体器件中的电子连接。
通过将导线与芯片或电路板之间进行键合，实现信号和电力的传输。
二、发展历程键合铜线的发展历程可以追溯到20世纪60年代末。
当时，由于硅片芯片的引入，需要一种可靠的电子连接方式来连接芯片和外部电路。
最早使用的是金线键合技术，但由于缺乏适应小尺寸、高密度制造需求的能力，逐渐出现了对键合材料的需求，以满足新一代电子器件的封装和封装需求。
在20世纪70年代，键合铜线开始被用作半导体封装的替代材料。
与传统的金线键合相比，键合铜线具有更高的导电性能、更好的可靠性和更低的成本。
然而，在当时的技术条件下，针对键合铜线进行精确的制造和控制仍然是一个挑战。
三、技术进展及应用随着技术的不断发展，现代键合铜线已经取得了长足的进步。
在制造和控制技术方面的改进使得键合铜线适应了更小、更高密度的封装需求。
通过改善材料和键合工艺，键合铜线的可靠性也得到了显著提高。
目前，键合铜线已经广泛应用于各种封装领域，在电子消费品、汽车电子、通信设备等高技术领域具有重要的地位。
例如，用于智能手机中的封装工艺需要键合铜线以满足高性能和高可靠性的需求。
四、优势和挑战键合铜线相比传统的金线键合具有多项优势。
首先，键合铜线具有更高的导电性能，可以支持更高的信号传输速度。
其次，键合铜线的成本较低，可以使整体的封装过程更加经济高效。
此外，键合铜线还具有良好的可靠性和稳定性。
然而，键合铜线的发展还面临一些挑战。
首先，键合铜线需要满足高能效和高性能的要求，因此对材料的纯度和制造工艺的要求更高。
其次，键合铜线需要高精度的制造和控制技术，以确保键合点的准确性和一致性。
此外，键合铜线还面临着在高温环境下的稳定性和电迁移等问题。
五、发展趋势随着电子封装需求的不断增加，键合铜线的应用前景广阔。
未来的发展趋势主要包括以下几个方面：1. 高速通信领域：随着5G通信技术的发展，对封装的要求越来越高。
铜线产品键合异常研究与改善
铜线产品键合异常研究与改善摘要：在半导体封测行业中，组装是一个重要的工序，其中键合技术显得更为重要。
由于铜线的导热导电性、价格、机械强度均优于金线，目前金线键合改为铜线键合已经成为各大封测企业的发展方向，但是铜线键合过程中，压不上粘铝比例较高，严重影响了键合效率和封装良率。
通过分析对比，发现铜线键合过程中框架的轻微抖动使原本材质较硬的铜球与压区的结合更加困难，本论文主要通过对铜线键合压不上和粘铝的调查、分析、改善来降低异常比例，从而提升键合效率和封装良率，保证客户满意。
关键词：键合；铜线；压不上；粘铝一、引言铜线在成本、导热导电性和可靠性方面的优异表现，铜线键合已经逐步开始代替金线键合，但是在金转铜过程中，由于铜线较硬且易氧化，导致的压不上、粘铝、弹坑等异常较多，本文主要通过对A产品金线转铜线后键合不稳定进行研究和改善，以提高键合效率和封装良率，A产品在键合由金丝转为铜线后出现压不上粘铝异常，异常图片如图1.2，异常比例约占1.3%，封装良率97.43%，严重影响了键合效率和封装良率。
A产品芯片较大，其中两个压区在芯片边缘，由于框架的不平整和框架连筋处受到压板的压力，键合过程中基岛边缘部分容易轻微翘起或者出现轻微的抖动，同时观察A产品出现压不上的均在边缘压区。
A产品键合过程中压不上粘铝产品确认在轨道里压合状况时，发现框架无翘起情况下，由于装片材料不导电胶在键合高温下质地较软，容易发生形变，导致芯片会容易晃动，增加焊球与压区的结合难度。
三、异常研究及改善对A产品键合过程中压不上和粘铝问题在参数&材料方面进行了如下改善和验证：3.1DOE参数优化试验结果设计DOE试验对键合参数进行优化A产品键合异常，键合功率区间为30~55，键合压力区间为10~40，最优的结果为压不上粘铝比例0.83%，不能稳定生产。
3.2装片材料由Epoxy改为刷胶A产品的装片材料由Epoxy改为刷胶，键合压不上粘铝比例约0.15%，改为刷胶后：1、刷胶&Epoxy弹性模量对比：刷胶在200.04℃时弹性模量是2.136*108Pa，Epoxy在199.88℃的弹性模量是126.8MPa=1.268*108Pa<刷胶的弹性模量，说明刷胶相对于Epoxy在键合高温时形变量更小，更有利于压区与焊球的结合。
半导体铜线键合工艺研究
在当今21世纪，半导体产业蓬勃发展，半导体IC和半导体器件已经在各行各业广为使用，从卫星通信、军事产品、信息工业至普通家用产品、小家电，同时伴随着半导体产业和器件的发展，人们的生活愈来愈便捷和智能。
半导体产业在发展的过程中，分工逐渐精细，而半导体封装产业也成为了一个在半导体产品中占据较大比例的产业，如何能够提高半导体封装的效率和性能，降低成本，就摆在了所有半导体产业人员面前。随着产品的I/O口变多，半导体封装中的键合成本也占据着较大比例，在键合中采取新的材料，新的工艺，在保证产品性能和可靠性的前提下，降低材料成本，是产业发展的一个趋势。
for the Degree of Master of Engineering
Researchof semiconductor copper wirebonding process
Submitted by
Tang Zhenkai
Supervised by
ProfessorZhu Zhiyu
Jiangsu University of Science and Technology
论文答辩日期2014年6月7日
答辩委员会主席林明
评阅人
2014年4月22日ຫໍສະໝຸດ 分类号：TN606密级：公开
学号：103030005
工学硕士学位论文
（工程硕士）
半导体铜线键合工艺研究
学生姓名
汤振凯
指导教师
朱志宇教授
江苏科技大学
二O一四年四月
A Thesis Submitted in Fulfillment of the Requirements
键合丝主要应用与晶体管、集成电路等半导体器件和微电子封装的电极部位或芯片与外部引线的连接。铜键合丝由于其较高的电导率，优良的力学性能和热学性能，在很大程度上提高了芯片频率和可靠性，适应了低成本、细间距、高引出端元器件封装的发展，成为替代传统键合丝的最佳材料。早在10年前，就有人试着用铜线代替金丝作为半导体球焊的引线材料，但当时由于工艺有缺陷，对该工艺研究不是非常熟悉，在生产过程中控制不好，引起产品质量有缺陷，并且由于当时对产品的体积、密度要求、电流特性要求不是非常高，球焊间距也相对较大，对铜丝替换金丝的要求不是太迫切。但随着近年来对产品成本、质量、电流密度的要求越来越高，金丝占整个产品比例越来越高，对铜丝成熟替换金丝的迫切需求也越来越明显摆在半导体器件生产厂家的面前。按照2011年世界封装材料市场的统计：2011年全世界封装材料市场的规模达到了228亿美元。而其中键合丝的市场规模大概占整个材料市场的18.9%，仅次于刚性封装基板，位于十一种封装材料的第二位。
铜线键合工艺
铜线键合工艺
铜线键合工艺是半导体封装中的一个重要过程，主要用于连接芯片和外部世界。
它主要包括以下步骤：
1. 预处理：清洗并烘干芯片和引线框架，以确保良好的电导性和热导性。
2. 定位：将芯片精确地放置在引线框架上，通常使用自动化设备进行。
3. 键合：使用高温、高压和超声波技术，将铜线的一端连接到芯片的电极，另一端连接到引线框架。
这个过程需要非常精确的控制，以避免线断裂或其他问题。
4. 检测：完成键合后，会进行电性测试，以确保连接良好。
5. 清理：最后，将多余的铜线和残渣清理干净，完成整个键合工艺。
铜线键合工艺对于半导体封装至关重要，它直接影响到芯片的性能和可靠性。
半导体器件键合用铜线 标准
半导体器件键合用铜线标准一、铜线材料半导体器件键合用铜线应采用纯度为99.9%或更高的高纯度电解铜制成。
铜线中的杂质含量应符合相关标准，以确保其优良的导电性能和机械性能。
二、铜线尺寸铜线的尺寸应符合相关标准，包括直径、线径公差等。
不同规格的铜线应具有相应的尺寸精度和稳定性，以确保键合过程中的准确性和可靠性。
三、铜线表面质量铜线的表面应光滑、平整，无氧化、无油污等。
表面质量的优劣直接影响键合质量和器件性能，因此对铜线的表面质量要求较高。
四、铜线强度铜线应具有一定的强度，以确保在键合过程中能够承受一定的拉力和压力。
强度不足的铜线可能导致键合不良或断裂等问题。
五、铜线耐温性铜线的耐温性能应符合相关标准，能够在一定的温度范围内保持稳定的物理和化学性能。
耐温性能差的铜线可能导致键合失效或器件性能下降。
六、铜线焊接性铜线应具有良好的焊接性能，能够与半导体器件或其他材料进行可靠的焊接。
焊接性能差的铜线可能导致焊接不良或虚焊等问题。
七、铜线导电性作为导电材料，铜线的导电性能至关重要。
铜线的电阻率、电导率等参数应符合相关标准，以确保良好的导电性能和较低的能耗。
八、铜线耐腐蚀性在某些特定应用场景下，铜线可能面临腐蚀问题。
铜线应具有一定的耐腐蚀性，能够抵抗常见的腐蚀介质和环境条件。
耐腐蚀性差的铜线可能影响其使用寿命和可靠性。
综上所述，半导体器件键合用铜线需要满足多个方面的要求，包括材料纯度、尺寸精度、表面质量、强度、耐温性、焊接性、导电性和耐腐蚀性等。
这些要求共同决定了铜线的质量和性能，从而影响半导体器件的性能和可靠性。
因此，在选择和使用半导体器件键合用铜线时，应充分考虑这些因素，确保满足相关标准和实际应用需求。
键合铜线性能及键合性能研究
键合铜线性能及键合性能研究键合铜线性能及键合性能研究摘要：键合铜线是一种广泛应用于电子器件中的材料，其线性能和键合性能对器件的性能和可靠性具有重要影响。
本文通过对键合铜线的性能和键合过程的研究，探讨了键合铜线的特性及其在电子器件中的应用。
关键词：键合铜线，线性能，键合性能，电子器件引言键合铜线是电子器件中常见的一种连接线材料，具有良好的导电性和导热性。
电子器件通常通过键合工艺将导线与器件芯片连接起来，以实现信号传输和电源接驳。
由于键合铜线在器件中的重要作用，其性能和键合性能对器件的性能和可靠性影响巨大。
一、键合铜线的线性能键合铜线的线性能包括电导率、电阻率、电流容量和热传导性能等方面。
1. 电导率：键合铜线具有良好的电导率，可以有效传输电流。
2. 电阻率：键合铜线的电阻率直接影响其导电性能，低电阻率有利于减小线路的功耗。
3. 电流容量：键合铜线的电流容量取决于其横截面积，较大的横截面积可以承受更大的电流。
4. 热传导性能：键合铜线具有良好的热传导性能，能够迅速将热量传导到散热器或其他散热设备。
二、键合铜线的键合性能键合性能是指键合铜线在键合过程中的可焊性、可靠性和可重复性等方面的表现。
1. 可焊性：键合铜线的可焊性是指其在键合过程中与其他材料的焊接牢固程度。
优良的可焊性可以确保键合铜线与器件芯片之间的电气连接可靠。
2. 可靠性：键合铜线的可靠性是指其在使用过程中的稳定性和耐久性。
键合铜线需要能够长时间稳定地传输信号和电流。
3. 可重复性：键合铜线的可重复性是指在大量制造过程中，不同批次的键合铜线的性能保持一致。
良好的可重复性有助于提高生产效率和产品品质。
三、键合铜线的应用键合铜线广泛应用于各类电子器件中，如集成电路、芯片组件、电子封装等。
1. 集成电路：在集成电路中，键合铜线用于连接芯片与封装基座，实现电气连接和信号传输。
2. 芯片组件：键合铜线可用于连接芯片与其他组件，如电源、传感器等，实现芯片功能与外部电路的连接。
GOCU铜线键合工艺
铝垫下面金属层的断裂 （用王水）
化学腐蚀 30-60sec 烘烤30 min@ 200℃
滴管
清洗
硝酸 (65%-69%) 去离子水 样品
样品 在焊盘上滴硝酸 (HNO3)
吹干
气 枪
样品
ASM Pacific Technology Ltd. © 2011
丙酮 (Acetone)
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EDX 和高倍显微镜下元素分析照片
焊球厚度
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混合气和氮气对参数窗口大小的影响
CuPd
工艺参数窗口
低EFO打火电流带来小的参数窗口 氮气条件下的窗口小过混合气条件下的窗口
超声功率
Gas type EFO current BP:53 45mA N2H2 gas 70mA 95mA 45mA N2 gas 70mA 95mA ball lift ball lift
N2 N2H2
ASM Pacific Technology Ltd. © 2011
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EFO电流对纯铜线FAB球和焊球硬度的影响
低EFO电流
40 m
Bare Cu
高EFO电流
40 m
Vickers Hardness
Low EFO
High EFO
ASM Proprietary Information
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混合气和氮气对镀钯铜线FAB球的影响
镀钯铜线
CuPd
混合气(N2H2)
氮气 同心球
H
同心球
电弧收缩效应 (thermal pinch effect)
电弧发散效应 由于钯的熔点比铜高很多, 线将会从 中心开始熔化
ASM Pacific Technology Ltd. © 2011 page 6
铜线键合优势和工艺的优化
Ｖｏ ｌ １ Ｉ Ｎｏ ６
．
电 子
与
封
装
ＥＬＥＣＴＲ０ＮＩ ＣＳ ＆ ＰＡＣＫＡＧＩ ＮＧ
总 第９ ８期 ２ １ 年 ６月 ０ １
封 裳 、 装 ０ ｌ 嘲： ０ 与 溅？ 青
铜 线键 合 优 势 和 工 艺 的优 化
韩 幸倩 ，黄秋 萍
ｐ ａ ｔ ｒｏ ｔｍｉａｉｎ ｆ ｒｐ ｅ ｓａ ｄｕｌ ａ ｏ ｃ ｔ ｅｃ ｐ ｌ ｒ ｒｃ ｐ ｒｗｉｅａ ｄ Ｓ ｎ． ｒ ａ ｍｅｅ ｐ ｉ ｚ ｔｏ ｒ ｓ ｎ ｔ ｓ ｎｉ，ｈ ａ ｉ ａ ｙｆ ｏ ｐｅ ｒ ｎ Ｏ ｏ ｏ ｒ ｌ ｏ
Ｋ ｅ ｒ ： ｅ ｉｏ ｄ ｃｏ ａ ｋ ｇｎ ｗｉｅｂ ｎ ； ｏ ｐ ｒ ｉｅｂ ｎ ｙ ｗｏ ｄｓ ｓ ｍ ｃ ｎ ｕ ｔ ｒ ｃ ａ ｉｇ； ｒ ｏ ｄ ｃ ｐ ｅ ｒ ｏ ｄ ｐ ｗ
应 用 中工 艺的优化 ，如 防氧化 装 置、铜 丝劈 刀的参 数 、压 力和超 声 的优 线键合
中图分类号 ：Ｔ ０ ． Ｎ３ ５ ４ ９
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１８ ．０ ０ （０ １ ６０ ０ —３ ６ １１７ ２ １ ）０ ．０ １０
显 著提升 ，而 半导 体 工业对 低成 本材料 的需求 更加
式封装 ，其焊 区间距为 １０ ｍ ２ ０ ｍ，焊球 尺寸 ５ － ０
（ 州大学 ，江苏 苏 州 ２ ５ ２ ） 苏 １ ０ １
摘 要 ：半导体封 装对 于芯 片来说是 必须 的 ， 也是至 关重要 的。封 装可 以指安 装半 导体 集成 电路
芯 片 用的外 壳 ，它不仅起 着保 护 芯片和增 强导 热性 能 的作 用 ，而且还 起到 沟通 芯 片 内部世 界 与外 部 电路 桥 梁和规 格通 用功 能 的作 用。 文章 阐述 了铜 线键 合替 代金 线 的优 势 ， 包括 更低 的成本 、 更 低 的 电阻率 、更慢 的金 属 间渗透 。再 通过铜 线的挑 战— — 易氧化 、铜 线硬度 大等 ，提 出 了在 实 际
铜线键合注意
铜丝键合工艺及操作注意事项对键合铜丝产生弹坑问题的相关原理的解释键合铜丝作为微电子工业的新型材料,已经成功替代键合金丝应用于半导体器件后道封装中。
随着单晶铜材料特性的提升和封装键合工艺技术及设备的改进,铜丝在硬度，延展性等指标方面已逐渐适应了半导体的封装要求。
其应用已从低端产品向中高端多层线、小间距焊盘产品领域扩展。
因而，在今后的微电子封装发展中，铜丝焊将会成为主流技术。
采用铜丝键合工艺不但能降低半导体器件制造成本，更主要的是作为互连材料，铜的物理特性优于金。
目前，铜丝键合工艺中有两个方面应予以高度重视：一是铜丝储存及使用条件对环境要求高，特别使用过程保护措施不当易氧化；二是铜丝材料特性选择、夹具选择、设备键合参数设置不当在生产制造中易造成芯片焊盘铝挤出、破裂、弹坑、焊接不良等现象发生，最终将导致产品电性能及可靠性问题而失效。
因此，铜丝键合应注意以下工艺操作事项及要求，以确保铜丝键合的稳定及可靠性。
1、铜焊线的包装和存放：铜具有较强的亲氧性，在空气中铜丝容易氧化，所以铜丝必须存放于密封的包装盒中以减少环境空气中带来的氧化现象。
于是要求各卷铜焊线必须采用吸塑包装，并在塑料袋内单独密封。
贮藏时间一般为在室温（20～25℃）下4～6个月。
铜丝一旦打开包装放于焊线机上，铜丝暴露于空气中即可产生氧化。
原则上要求拆封的铜丝在48小时（包括焊线机上的时间）内用完为好，最长不超过72小时。
2、惰性保护气体：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，常造成焊球变型或氧化。
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。
目前，铜丝键合新型EFO工艺增加了一套铜丝专用装置（K&S公司配置相对封闭的防氧化保护装置），是在成球及楔线过程中增加惰性气体保护功能，以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。
通常保护气体有两种防氧化方式：一种是采用纯度为5个“9”以上的100%氮气作为保护气体；另一种是采用90～95%氮气和5～10%氢气的保护加还原的混合气体。
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。
铜线键合技术及设备的研究与应用分析
世界有色金属 2018年 8月下202铜线键合技术及设备的研究与应用分析孟 丹（辽宁华盛润瀛科技有限公司，辽宁 沈阳 １１００００）摘 要：引线键合技术在微电子封装当中起着极其重要的作用，在常规的封装工艺当中，键合引线大多使用的都是金线。
主要因为金线具有极高的导电性、延展性与稳定性。
但由于金价不断上涨，使得铜线在封装工艺当中的使用越来越广泛，本文对铜线键合技术及设备的研究与应用展开了分析，基于相关的实验数据与理论，探讨了铜线设备的升级和验收和铜线工艺的失效模式。
旨在对推进电子行业的整体发展起到帮助的作用。
关键词：铜线键合技术及设备；研究；应用中图分类号：ＴＮ４０５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１８）１６－０２０２－２Research and application analysis of copper wire bonding technology and equipmentMENG Dan（Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｈｕａｓｈｅｎｇ ｒｕｎ Ｙｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００００，Ｃｈｉｎａ）Abstract ：Ｌｅａｄ ｂｏｎｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｐｌａｙｓ ａｎ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐａｃｋａｇｉｎｇ， ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ， ｍｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂｏｎｄｉｎｇ ｌｅａｄｓ ａｒｅ ｇｏｌｄ ｗｉｒｅｓ． Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅａｓｏｎ ｉｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｇｏｌｄ ｗｉｒｅ ｈａｓ ｈｉｇｈ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ， ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｒｉｓｉｎｇ ｐｒｉｃｅ ｏｆ ｇｏｌｄ， ｃｏｐｐｅｒ ｗｉｒｅ ｉｓ ｕｓｅｄ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ ｗｉｒｅ ｂｏｎｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｙ， ｔｈｅ ｕｐｇｒａｄｉｎｇ ａｎｄ ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ ｗｉｒｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ ｗｉｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｉｔ ａｉｍｓ ｔｏ ｈｅｌｐ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｉｎｄｕｓｔｒｙ．Keywords: ｃｏｐｐｅｒ ｗｉｒｅ ｂｏｎｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ； ｒｅｓｅａｒｃｈ； ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ收稿时间：２０１８－０７作者简介： 孟丹，女，生于１９８１年，山东莱芜人，大学，研究方向：铜线键合技术。
铜线键合的优势与局限
铜线键合的优势与局限发布时间：2009-07-12铜线的优势随着金价的持续上涨（目前每盎司已超过800美元），金线的价格也不断高升。
虽然采用金线和铜线的制造成本基本是一样的，但是金线的材料成本却要高得多。
根据市场的行情，1mil 铜线能够节省成本高达75%，2mil 的铜线高达90%。
在功率封装中，要求使用大直径导线来达到电力负荷，这样铜线就可以为半导体封装公司节约相当可观的成本费用。
即使对于具有多达1000根（每根长达6 米）的某些精确节距封装，采用铜线也可以明显降低成本。
例如，一个精确节距QFP 或BGA 封装可能需要5 米多长的导线，而采用铜线来代替金线就可以降低大量的成本。
除了较低的成本外，铜线优良的机械和电学特性使它可以用在具有更高引线数和更小焊盘尺寸的各种高端精确节距器件中。
由于铜比金和铝的强度高50%，刚度高30%，所以它能提高优良球颈的抗拉强度，并在低长环的塑膜或封装期间能更好的控制环。
更高的抗拉强度使在精确节距应用中的一些操用于精确节距工艺的作变得更加容易。
在导线直径相同的情况下，铜的导电性要高出23%，这样在获得同等的导电性时，可采用更细的铜线。
所以，更细的铜导线可以取代更粗直径的金线功率器件，铜线的这部分提高的导电性具有明显优势。
在精确节距封装中，采用铜就可以使用更细的导线而不会影响电学性能。
在铜线键合中金属间的生长也比在金线键合中的生长慢得多，这样，在IC 寿命周期内，可以增加键合稳定性和器件性能。
铜- 铝金属间也会形成化合物，但比形成金- 铝金属间化合物所需的温度高。
随着目前器件工作温度变得更高，更慢的金属间化合物生长速率、更高的强度和更优良的电和热传导性这些优势结合起来，就为超精确节距、高可靠性线键合提供了一种效果优异，成本低廉的方法。
克服铜的局限性虽然铜有着许多优势，但它本身也有两个值得注意的局限点：硬度大和易被腐蚀。
由于铜本身的硬度比金大（纯度99.99% 的退火过的铜要比纯度99.99% 的掺杂金的硬度大很多），所以铜更容易损坏微芯片的表面。
铜线键合演示幻灯片
铜丝键和 COPPER
WIRE BONDING
MEANING
Period III
FEATURE OF
COPPER
①．成本低廉 键合工艺中使用的各种规格的
铜丝，其成本一般只有金线的１／ ３－１／１０.在一些长引线的键 合中这种价格优势是不言而喻的。
在一些大功率的电子封装中， 这种优势进一步扩大。较大的电流 使得键合所使用的金属线直径也较 大。这样就增加了材料的使用，价 格与成本问题就更为突出。
铜丝主要拥有以下几个优点：成本低廉、机械性能 优越、电阻低、导热好以及金属间化合物生长缓慢。
铜丝键和 COPPER
WIRE BONDING
MEANING
Period III
FEATURE OF
COPPER
④．导热好
随着芯片密度的提高和体积的缩小,芯片
制造过程中的散热是设计和工艺考虑的一个重 要内容。采用铜材料做为键合丝,可以使封装体 器件内的热量很快且更有效的散发出来,达到快 速冷却的目的,应力被尽快释放。这一点是很重 要的,因为产生的热量会促进导线内晶粒的生长, 降低其机械性能。
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铜丝引线键合
·铜丝键合的意义 ·铜丝键和的现状 ·铜丝键和的困扰
INDEX
目前，很大一部分集成电路的生产是依靠引线键和
来完成的。
引线键和（wire bounding）是指使用细金属丝 将半
导体芯片的电极焊区与电子封装外壳的I/O引线或基板上
技术布线焊区连接起来的工艺技术。
在成球的过程中,高导热性还有一个优点就 是:影响键合丝机械性能的热影响区(HAZ)变得更 短,因而保证更高的键合性能。而且,铜的热膨胀 系数比铝低,因而其焊点的热应力也较低。因此, 在对散热要求越来越高的高密度芯片封装工艺 中,选取铜丝来代替金丝和铝一硅丝是非常有意 义的。
半导体器件键合用铜线 标准
半导体器件键合用铜线标准随着电子科技的不断发展，半导体器件在各个领域的应用得到了广泛推广。
在半导体器件生产过程中，键合是一个重要环节，而键合用的材料也成为制约器件性能和可靠性的关键。
在过去的几十年里，金线一直是半导体器件键合的主要材料。
然而，随着技术的进步和对成本效益的不断追求，铜线逐渐取代金线成为键合的首选材料。
铜的导电性能优越，具有较低的电阻率和出色的导电性能，这对于提高半导体器件的性能和传输信号速度至关重要。
与金线相比，铜线的成本低廉，因此能够降低生产成本和器件价格，从而更好地满足市场需求。
然而，铜线在键合过程中也存在一些挑战。
与金线相比，铜线更容易氧化，而氧化会导致接触电阻的增加，影响器件的性能和稳定性。
为了克服这一问题，需要在铜线表面进行处理，通常是采用镀锡或镀银等方法来保护铜线，提高其抗氧化性能。
此外，由于铜线比金线更硬，键合过程中的压力和功率控制需要更加准确，以确保键合的质量和可靠性。
为了确保半导体器件键合用铜线的质量和一致性，制定一套相关的标准至关重要。
这些标准应该包含以下几个方面：1. 材料要求：包括铜线的成分、纯度、尺寸、形状等方面的要求。
材料的选择将直接影响键合的效果和性能。
2. 表面处理：应明确铜线表面处理的方法和要求，以保证铜线在键合过程中的稳定性和可靠性。
3. 键合过程控制：包括压力、功率、时间等参数的控制要求，以及键合过程中的监测和检测方法。
这些控制要求和方法应能够确保键合的质量和一致性。
4. 质量检验：应明确键合产品的质量检验要求，包括键合强度、电阻、导电性能、表面状态等方面的测试方法和要求。
5. 相关技术要求：除了上述要求之外，还应结合实际应用需求，指定其他相关技术要求，例如键合的可靠性、耐环境性、热稳定性等方面的要求。
通过制定和遵守相关的标准，可以提高半导体器件键合用铜线的生产效率和质量稳定性，进而推动半导体器件的发展。
此外，制定标准还有助于促进产业链上下游企业之间的合作和交流，形成共识，推动整个行业的发展。
键合铜丝线径-解释说明
键合铜丝线径-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述键合铜丝线径是指用于键合技术的铜丝线的直径大小。
键合技术是一种将元件连接在一起的方法，通常用于电子元器件的制造和组装。
键合铜丝线径的选择对于键合技术的稳定性和可靠性起着至关重要的作用。
本文将深入探讨键合铜丝线径的定义、影响因素和应用领域，旨在为相关领域的研究和应用提供参考和借鉴。
文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文主要包括引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，将会对键合铜丝线径进行概述，介绍文章的结构和目的。
接着在正文部分，将会详细讨论键合铜丝线径的定义、影响因素以及应用领域。
最后，在结论部分将对文章进行总结，展望未来可能的研究方向，以及得出结论。
通过这样的结构，希望可以全面深入地探讨键合铜丝线径在工程领域的重要性和应用。
1.3 目的本文旨在深入探讨键合铜丝线径在工程应用中的重要性和影响因素。
通过分析键合铜丝线径的定义、影响因素和应用领域，旨在帮助读者更好地了解该领域的知识和技术要点，进一步推动该领域的发展和应用。
本文的目的是为读者提供全面而深入的关于键合铜丝线径的信息，帮助他们更好地应用和理解该领域的相关知识，促进技术创新和发展。
2.正文2.1 键合铜丝线径的定义键合铜丝线径是指用于键合技术的铜丝的直径尺寸。
在键合技术中，铜丝被用作连接器件和基板之间的导电材料，通过热压将铜丝与金属基板或金属引脚焊接在一起，实现电气连接。
键合铜丝线径的大小直接影响到键合效果和连接质量。
通常情况下，键合铜丝线径越粗，其传输电流的能力就越强，但是焊接时需要的压力会增大；相反，键合铜丝线径越细，焊接时的压力需求会减小，但是传输电流的能力也会受到限制。
因此，在实际的键合工艺中，选择合适的键合铜丝线径是非常重要的，需要综合考虑电气性能、力学性能和工艺可行性等因素。
通过精确控制键合铜丝线径的尺寸，可以确保键合连接的可靠性和稳定性，提高产品的性能和可靠性。
2.2 键合铜丝线径的影响因素键合铜丝线径的大小会直接影响到其在不同应用领域中的性能表现。
一种铜线键合的方法
一种铜线键合的方法铜线键合是一种将多个电子器件或芯片连接在一起的方法，它使用铜线作为介质，通过键合技术将芯片的引脚与制作在电路板上的金属线连接起来。
这种方法被广泛应用于微电子学领域，特别是在集成电路制造中。
下面将详细介绍一种常见的铜线键合方法。
首先，铜线键合的第一步是准备工作。
在进行键合之前，需要准备好芯片和电路板。
芯片是要进行键合的器件，通常是集成电路芯片或其他微电子器件。
电路板是一个平台，上面有预先设计好的金属线路，用于与芯片进行连接。
此外，还需要准备键合机器，用于实施键合过程。
接下来，进行芯片的定位和对准。
将芯片放置在键合机器的工作台上，并使用显微镜等辅助设备观察芯片上的引脚。
通过微调阶段，确保芯片的引脚与电路板上的金属线进行正确的对准。
然后，进行键合。
键合过程中会用到铜线，通常是以线缆的形式存在。
将铜线连接到键合机器上的针尖，调整机器的参数，使线缆的位置和长度符合要求。
然后，通过机器的控制，将线缆逐一连接到芯片的引脚和电路板上的金属线上。
这个过程要非常精确，以确保连接的质量和可靠性。
在键合的过程中，还需要确保键合时的温度和压力。
温度和压力要根据具体的芯片和键合材料来设置，以确保连接的质量和稳定性。
通常键合过程需要在高温条件下进行，以便将铜线与引脚和金属线实现良好的连接。
键合时施加的压力可以通过调整机器参数来控制，并且要适当地施加在键合点上，以确保键合的牢固性。
最后，进行键合后的检查和测试。
在完成键合过程后，通常需要对键合点进行检查和测试，以确保连接的质量和可靠性。
可以使用显微镜等设备观察键合点的外观，以检查是否存在缺陷或不良现象。
此外，还可以对键合点进行电气测试，以评估连接的良好性和信号传输性能。
总结起来，铜线键合是一种将芯片与电路板连接起来的方法，它使用铜线作为介质，并通过键合技术将芯片的引脚与电路板上的金属线连接起来。
这种方法需要进行芯片的定位和对准、键合过程、键合时的温度和压力控制，以及键合后的检查和测试。
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铜丝键和
WIRE BONDING
PRESENT SITUATION
PERIOD IV
COPPER
BONDING
铜丝键和与其他键和对于BONDINGPAD的设计也会有所 差异，在焊盘的构造、大小、厚度方面的参数要求会有很大 不同。
铜丝键和
WIRE BONDING
PRESENT SITUATION
PERIOD IV
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铜丝引线键合
·铜丝键合的意义
·铜丝键和的现状 ·铜丝键和的困扰
INDEX
铜丝键和
目前，很大一部分集成电路的生产是依靠引线键和 来完成的。 引线键和（wire bounding）是指使用细金属丝 将 半导体芯片的电极焊区与电子封装外壳的I/O引线或基板 上技术布线焊区连接起来的工艺技术。 COPPER 焊接方式主要有热压焊 、超声键和焊和金丝球焊。 原理是采用加热、加压 WIRE BONDING 和超声等方式破坏被焊表面 MEANING Period 的氧化层和污染，产生塑性 I 变形，使得引线与被焊面亲 密接触，达到原子间的引力 BACKGROUND 范围并导致界面间原子扩散 而形成焊合点。
铜丝键和
WIRE BONDING
PRESENT SITUATION
PERIOD V
COPPER
可靠性
铜丝焊球的退火后力学 性能，抗剪强度会随着退 火时间增加而变大。 将铜丝与金丝在同一 温度下工作，经受相同温 度范围下的热循环实验。 収现铜丝的热疲劳寽命至 少不低于金丝键和。
随着市场对高纯度、耐高温、超微细、超长度的键合丝需 求迅速增长,使键合铜丝的収展面临机遇与挑战。 目前键合铜丝生产与应用仍然存在一些的突出问题有待迚 行深入的研究。 1.超微细铜线的拉制
FEATURE OF COPPER
与金丝相比，铜丝拥有一些更为优秀的特性，这使 其拥有替代金作为新型键和材料的可行性。 铜丝主要拥有以下几个优点：成本低廉、机械性能 优越、电阻低、导热好以及金属间化合物生长缓慢。
铜丝键和
WIRE BONDING MEANING
Period III
COPPER
②．机械性能优越
与金丝相比，铜丝拥有一些更为优秀的特性，这使 其拥有替代金作为新型键和材料的可行性。 铜丝主要拥有以下几个优点：成本低廉、机械性能 优越、电阻低、导热好以及金属间化合物生长缓慢。
铜丝键和
WIRE BONDING MEANING
Period III
COPPER
③．电阻低
FEATURE OF COPPER
铜丝相较于金丝更易被氧化，所以其键和条件也与普通 的金丝键合有区别。 由于铜丝和金丝的物理性能，如延展性，硬度，活泼性 等都有不同。在键合过程中施加的压力、温度、气体条件 也有着区别。
铜丝键和
WIRE BONDING
PRESENT SITUATION
PERIOD II
COPPER
键和条件
因为铜的硬度大于常用的金和铝， 所以在键合时压力必须合理控制以防止 因为压力过大而破坏焊盘，形成弹坑。 铜的熔点比金要高，所以在温度上 也会有所不同。同时为了防止过高的温 度造成氧化，在通入保护气的同时必须 将温度控制在一定范围内。 为了防止铜丝的氧化，必须采用特 制的防氧化装置通入保护气。保护气的 选择大多采用了95%N2和5%H2的搭配， 这样的抗氧化性能比较好。
铜丝键和的成球大小受到电流以及混合气体成份、浓度、 流速的影响，同时也与丝自身的成分、点火的时间有关。 下列图表很详细的反映出了这些因素对FAB的影响
铜丝键和
WIRE BONDING
PRESENT SITUATION
PERIOD III
COPPER
BALL
在铜丝FAB结束之后，紧接着的是与焊盘的键合过程， 这是最容易产生失效问题的一个步骤，对于焊盘材料、大小、 厚度等的选择，以及对焊接的工艺都有着很高的要求。 烧球的质量也会对BONDING的效果产生影响，如图。
与金丝相比，铜丝拥有一些更为优秀的特性，这使 其拥有替代金作为新型键和材料的可行性。 铜丝主要拥有以下几个优点：成本低廉、机械性能 优越、电阻低、导热好以及金属间化合物生长缓慢。
铜丝键和
WIRE BONDING MEANING
Period III
COPPER
SUMMARY
纵上分析可以看出铜丝球焊满足了降 低生产成本的需求;由于铜材料极佳的电特 性和热性能,它为减小焊盘尺寸、间距,实现 器件小型化提供了可能性;在芯片引线键合 工艺中取代金丝和铝一l%硅丝可缩小焊接 间距,提高芯片频率、散热性和可靠性的特 性决定了其在替代金键合丝中铜在在需要 长引线、超微细丝的高密度封装中,可以有 效缓解工艺难度、避免丝摆、坍塌等现象, 提高产品质量;在一些大功率器件、电源器 件的封装中,所需的丝的直径较大,使用铜可 以有效缓解材料成本问题。
一般情况下,经过退火热处理 的键合铜丝,无论是在室温下还是 在高温环境里,所表现出来的抗拉 强度和延伸率都接近或优于金丝。
另外,由于铜的强度较大、刚 性较好,在存储和运输过程中可以 降低由于人为误操作而造成的对铜 丝的损坏。这不仅会在一定程度上 降低生产成本,对保证键合焊点质 量具有重要意义。
FEATURE OF COPPER
⑤．金属间化合物生长缓慢 焊点处金属间化合物的生长情况不仅 对能否产生牢固结合的焊点,而且对电子元 器件的可靠性有着非常大的影响。对丝球 焊点而言,一定程度的扩散和金属间化合物 的生长对焊点能够满足特定的剪切、拉伸 强度是有利的。但是,金属间化合物层的过 度生长将对焊点的机械性能、电性能、热 性能均产生不良影响。 有文献报道,影响Cu/Al，Au/A1焊点 剪切强度的主要因素之一就是金属间化合 物层的厚度,随着金属间化合物层厚度的增 加,焊点的剪切强度随之近似成线性降低
FEATURE OF COPPER
与金丝相比，铜丝拥有一些更为优秀的特性，这使 其拥有替代金作为新型键和材料的可行性。 铜丝主要拥有以下几个优点：成本低廉、机械性能 优越、电阻低、导热好以及金属间化合物生长缓慢。
铜丝键和
WIRE BONDING MEANING
Period III
COPPER
FEATURE OF COPPER
但是由于金丝昂贵、 成本高，而且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，电阻极急剧增大，导 电性破坏甚至产生裂缝， 严重影响接头性能。因此 人们一直尝试寻找其他金 属代替金。
与金丝相比，铜丝拥有一些更为优秀的特性，这使 其拥有替代金作为新型键和材料的可行性。 铜丝主要拥有以下几个优点：成本低廉、机械性能 优越、电阻低、导热好以及金属间化合物生长缓慢。
铜丝键和
WIRE BONDING MEANING
Period III
COPPER
①．成本低廉
键合工艺中使用的各种规格的 铜丝，其成本一般只有金线的１／ ３－１／１０.在一些长引线的键 合中这种价格优势是不言而喻的。
在一些大功率的电子封装中， 这种优势迚一步扩大。较大的电流 使得键合所使用的金属线直径也较 大。这样就增加了材料的使用，价 格与成本问题就更为突出。
铜丝键和
WIRE BONDING
TROUBLE
PERIOD I
COPPER
目前,特别是拉制线径在l mil以下的超 微细丝,对拉线的断头率、表面质量和单轴 长度(重量)都有较高的要求,同时为了提高 生产率、扩大品种、增加技术经济效益,在 线材的拉线速度和头数的要求越来越高;为 键合铜丝的制备提出更为苛刻的要求。目 前,对于普通无氧铜来说,由于其存在大量晶 界和铸造缺陷,当线径达到0.025mm以下时, 其内部的杂质、铸造缺陷、晶界等会对裂 纹变得非常敏感,使得超细微丝拉制非常困 难。近年来,用低纯度(3N)电解铜生产的单 晶铜杆,虽然具有致密的定向凝固组织,消除 了横向晶界,大大降低缩孔、气孔等铸造缺 陷,结晶方向与拉丝方向相同,能承受更大的 塑性变形能力,从理论上分析是拉制键合丝 (线径小于0.O25mm)的理想材料。
铜键合丝的高导电性(比金丝高约 23%)使其在高品质器件中具有更广阔 的应用前景,适用于高性能电气电路。 在精细键合技术领域有助于提高功率 器件性能和可靠性。 对于相同直径的铜丝和金丝通过 相同的电流,单位长度的铜丝将产生较 少的热量,这对微电子封装具有重要的 意义。此外,在承载电流一定的条件下, 可以采用直径更小的铜丝。这为减小 焊盘尺寸、间距,实现高密度封装提供 了潜在可能性。
与金丝相比，铜丝拥有一些更为优秀的特性，这使 其拥有替代金作为新型键和材料的可行性。 铜丝主要拥有以下几个优点：成本低廉、机械性能 优越、电阻低、导热好以及金属间化合物生长缓慢。
铜丝键和
WIRE BONDING MEANING
Period III
COPPER
④．导热好
随着芯片密度的提高和体积的缩小,芯片 制造过程中的散热是设计和工艺考虑的一个重 要内容。采用铜材料做为键合丝,可以使封装体 器件内的热量很快且更有效的散収出来,达到快 速冷却的目的,应力被尽快释放。这一点是很重 要的,因为产生的热量会促迚导线内晶粒的生长, 降低其机械性能。 在成球的过程中,高导热性还有一个优点就 是:影响键合丝机械性能的热影响区(HAZ)变得更 短,因而保证更高的键合性能。而且,铜的热膨胀 系数比铝低,因而其焊点的热应力也较低。因此, 在对散热要求越来越高的高密度芯片封装工艺 中,选取铜丝来代替金丝和铝一硅丝是非常有意 义的。
铜丝键和的第一步骤就是烧球。烧球的好坏与否，会直 接影响到后续各步骤的质量，甚至关乎整个IC制造的成败。 球的质量由很多因素共同影响，如焊头的形状大小等参 数，混合气的使用、电流等。铜丝键和C NhomakorabeaPPER
不同的电流对于球的影 响主要体现在其硬度的影响 WIRE BONDING 上，电流越大，球就越坚硬 而更容易从焊盘上脱落。 PRESENT PERIOD III SITUATION 这与铜丝自身的材料性 能也有联系 。纯的铜丝相较 于Cu-Pd丝更牢固，不容易 BALL 产生脱落而造成损伤