铜线键合

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。
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
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
键合丝材料质量的好坏直接影响焊接质量, 从而对器件的可靠性和稳定性产生很大影 响。理想的引线材料应具备以下特点: (l)能与半导体材料形成低电阻欧姆接触,与 关于铜丝键和的理论已经迚行了超过 20年，但是它实际 电流方向无关; (2)化学性能稳定,不会形成有害的金属间化 投入实际生产却是近几年的事情。 合物; (3)与半导体材料结合力强; COPPER (4) 可塑性好,容易实现键合; 铜丝键和也有着许多切实 (5)弹性好,在键合过程中能保持一定的几何 的问题与缺点。目前关于 形状。 WIRE BONDING 键合丝的表面应达到下列要求 : 铜丝键和工艺仍有着大量 (1)键合丝表面应清洁,无指痕、油污,无拉伸 PRESENT PERIOD 研究，使其能满足目前的 润滑痕迹、颗粒附加物和 I SITUATION 其它粘污。 主要需求。在氧化层的处 (2)键合丝表面应无超过键合丝直径5%的刻 理、熔球以及焊盘的工艺 痕、凹坑、划痕、裂纹、凸 起和其他降低器件使用寽命的缺陷。 参数、可靠性等方面的工 概要 (3)键合丝由轴上放开时应无明显卷曲,键合 艺要求也在日益完善。 丝的轻微卷曲应不降低其实 用性能。 (4)键合丝应无轴向扭曲。
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。
COPPER
铜丝与焊盘间IMC的形 成比起其他的材料来说相 对较薄，而且生长的速度 会慢很多。比起Au要慢上 一个数量级之多。
BONDING PAD
目前，铜丝键和的可靠性要低于金丝以及铝丝等传统材 料。铜丝比较容易氧化，而且其硬度不利于焊接，容易产生 弹坑损伤焊盘。这对于工艺的要求十分之高。
铜丝键和
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。
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
PRESELeabharlann BaiduT SITUATION
PERIOD IV
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
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。
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。
引线键和的金属丝主要是使用数十微米至数百微米 的金（Au）丝、铝（Al）丝或硅铝（Si-Al）丝。其中， 使用最广泛的是金丝。 金丝具有非常好的延展性，而且质地柔软。在引线 键合工艺中，Au-Al键合具有非常高的可靠性
铜丝键和
WIRE BONDING MEANING
Period II
COPPER
Au wire
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。
WIRE BONDING
PRESENT SITUATION
PERIOD V
COPPER
可靠性
在力学性能方面，铜丝键和比起金丝键和更具稳定性。铜 丝焊点的抗拉强度与抗剪强度都大于同直径的金丝焊点。 Cu/Al金属间化合物生长速度进低于Ag/Al，尤其是在高温 下，所以在交界层不会形成科肯德尔空洞，使铜丝键和的接头 强度高于金丝键和。
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
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
ＣＯＰＰＥＲ ＷＩＲＥ ＢＯＮＤＩＮＧ
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。
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
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
COPPER
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