新型铜线键合技术
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。
图1 金丝球形热超声键和过程2.铜丝引线键合的研究现状2.1工艺研究2.1.1防止铜丝氧化与金丝不同的是，铜丝在空气中极易氧化在表面形成一层氧化膜，而氧化膜对铜球的成形与质量有害，并且还有可能导致接头强度低，甚至虚焊（Non-Stick），因此必须采取措施防止铜丝氧化。
铜线键合
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
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。
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
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。
封装键合铜线参数指摘
封装键合铜线参数指摘我从事半导体封装已经十一年了，主要从事封装前道BG, SAW, DB 和WB的制成维护与开发，现在，由于国际金价持续走高，铜线的封装比重增加，现在，就将我这些年对铜线的研究与大家分享。
1. 镀钯铜线与裸铜线的区别。
镀钯铜线是在裸铜线的表面镀了一层钯，钯是一种很稳定的金属，优点是不被氧化。
所以与裸铜线相比，优点为，1）. 镀钯铜线的存储时间更长，对存储的环境要求没有裸铜线高；2). 钯线的焊接过程中，只需要N2保护就可以，裸铜线的焊接必须是N2，H2混合气（forming gas）;3). 在焊接工艺控制中，钯线与裸铜线没有差异，都需要采用合理的参数来控制高硬度的铜球焊接（在下面将详细叙述铜线焊接的工艺参数）。
镀钯铜线的缺点是价格高，一般是裸铜线价格2-3倍。
2. 铜线的焊接，2.1 第一点的焊接（ball bonding)由于铜球的硬度远远高于金球，所以铜线ball bond焊接易出下列废品，NSOP,Lift Metal,Crater,Golf Bond为了控制这些废品，需要用特殊的参数加以控制，以下是控制要点，1）. 焊接过程分阶段，一般分两个阶段就能焊接，对一些易产生lift metal或cratering的device，可用三个阶段焊接。
第一阶段，只用force, 不加power，这个阶段主要是把球压成型，一般地，对0.8mil的铜线，用30-50g的force, 1.0mil 40-80g, 1.2mil 60-120g,1.5mil 150-250g, 1.7mil 250-450g, 2mil 350-500g. 第二阶段，用power, 焊接force要小，这样易于焊接，不易产生NSOP，焊接的power可以用one time in a factor 的实验方法的到，而对force，一般是第一阶段force的1/2或1/3。
第一阶段主要是对crater 与lift metal的控制，第二阶段主要是对NSOP的控制，当然，第二阶段power用得很大，也会产生crater 与lift metal. 一些特殊device需要用到第三阶段，一般地，前二阶段能控制crater, lift metal，但NSOP的PPM很高时，增加第三阶段，第三阶段是在第二阶段继续增加power和减小force. 如果还有问题就打开scrub 功能或enhancer 的功能。
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。
用于三维封装的铜_铜低温键合技术进展_李科成
具体而言，键合过程中，Cu 层界面在键合压力 作用下发生塑性变形，使得界面原子相互接触，而 键合温度的升高使得界面原子扩散加速，实现跨界 面扩散。当达到一定的键合时间后，键合界面晶格 发生重组，最终实现无缺陷键合。实际上，影响热 压键合质量的因素很多，如键合温度、压力、时间、 键合环境、材料性能、工艺过程等。一般来说，键 合工艺大部分都是在高真空环境下完成，因为真空 环境可以有效防止键合界面氧化或污染。甚至键合 前就必须对待键合片进行清洗，以除去表面氧化层 和沾污等。为了加快键合过程，适当的压力也是必 不可少的。增加键合压力，可使两 Cu 层表面之间的 接触面积增加，从而大大增加界面原子间的接触几 率，使原子间相互扩散更加容易。而长时间的键合 也能提高键合质量，但是键合时间过长会大大增加 工艺成本、降低产能，所以键合时间的长短需要结 合工业生产和键合质量两方面来考虑。在所有影响 键合质量的因素中，键合温度对键合质量起着决定 性作用。随着键合温度升高，界面原子获得更多能 量，相互扩散明显增强，同时温度升高也促进了晶 粒生长，获得能量的晶粒可以实现跨界面生长，有 效消除分界面，使 Cu 层融为一体。但是，如前文所 述，高温固然可以保证键合质量，但是同样也会造 成器件损伤、成本增加。所以降低键合温度成为金 属热压键合技术发展的主要方向。
10
李科成等：用于三维封装的铜-铜低温键合技术进展
Vol.34 No.1 Jan. 2015
降低产能等[15-16]。因此，如何在保证键合质量的前 提下，尽可能地降低键合温度也就成为了当下亟需 解决的难题。本文阐述了 Cu-Cu 热压键合机理并分 析了影响热压键合质量的主要因素，重点介绍了多 种不同的低温金属键合技术及最新研究进展，并对 其优缺点和具体应用进行了分析和讨论。
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)
page 23
EDX 和高倍显微镜下元素分析照片
焊球厚度
page 8
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
page 10
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
page 5
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
ACB-1000 铜线键合技术介绍
実装方法 实装方法 金ワイヤボンド 金线焊接 フリップチップ Flip芯片
配線抵抗 インフラ（設備コス フレキシビリティ 配线电阻 ト）基础构造（设备 适应性 成本） △ ◎ ○ △ ○ △
銅ワイヤボンド 铜线焊接
○
○
○
銅線の対金線メリット（铜线的优点）
1. コスト低減 成本低减
1) 原材料費
金価格：2005年平均\1620/g ⇒ 2008.７月 \3500/gと約3年間で倍以上に高騰 対し銅は\950/kg（2008.7月） と素材ベースでは比較にならない程安価である。 金价格：2005年平均1620/g,2008,7月3500/g，3年间翻了一倍 相对于铜的话，2008年7月价格为950/kg，可以说是不能和金价格进行比较的便宜
2) ワイヤ価格：加工が容易な太線ほど価格優位性大
线价格：加工粗线的话，价格优越性越大
銅線の対金線 価格比概算
線径 [μm] 対金線価格
20 -60％
25 -の置き換えはコストメリット有り。铜线换金线有成本消减的优点 但しフォーミングガス供給設備等が別途必要となる。但Forming gas供给设备别途需要
※ 純度が低い３Ｎワイヤ（99.9%)が他と比較して、 同一パラメータ時のFAB径が大きい。（金ワイヤも同様） これは不純物が入ることにより融点が低下し、 溶解が容易となることが一因であると推測する。 纯度低的3N线和其它相比，同一参数的情况下FAB径大。 有不纯物混入的场合也是容易分解的一个原因
Al-Splashの影響
Capillaryの先端剛性を高めるた め、Loopに影響しない範囲で BNRを小さくすると効果がある。 为了提高 Capillary的先端刚性， 在不影响LOOP的范围内，有变 小BNR效果。 Au Capillary
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
新型铜线键合技术
直 占据 着绝 对 的主导 地 位 ，并 拥 有 最成 熟 的键
合 工 艺 。但 由于资 源有 限 ，金线 价 格 昂贵 ，所 以
业 界一 直在 寻找 可 以代替金 线 的金属 材料 。
铝 质 引线 作 为一种 价格 低 廉 、资 源 丰富 的 金 属 材料 。继 金线 之 后 ，在 内引 线健 合 中也 得 到大 量应用 ：但 由于铝 质材 料 的 电阻率 较 高 、导热 性
维普资讯
第９ 卷
第５ 期
电 子 元 嚣 件 主 用
Ｅ ｅ ｔ ｎ ｃＣｏ ｏ ｅ ｔ Ｄ ｖｃ ｐ ｉａ ｉｎ ｌｃ ｒ ｉ ｍｐ ｎ ｎ ＆ ｅ ｉｅＡｐ ｌ ｔ ｓ ｏ ｃ ｏ
Ｖｏ ． ． １ Ｎｏ５ ９ Ｍａ ．２ ０ ｖ ０７
维普资讯
第 ９ ７第月 卷 ２０年 ５ ０ ５期
缮蛰
Ｖ１ ｏ ｏ９Ｎ． ． ５
Ｍａ ｙ．２ ００７
新型铜线键合技术
陈 宏 仕 （ 头 华汕 电子 器件 有 限公 司，广 东 汕 头 汕 ５ ５ 低成 本特 点 已在半 导体 分 立 器件 的 内引线键 合 工 艺
超声 键合 利 用超声 波 发 生器 产 生 的能量 ，并
通过 换能 器在 超 高频 磁场 感 应下 迅 速伸 缩而 产 生
弹性 振动 ，然 后 经变 幅杆 传 给劈 刀 ，使 劈刀 相 应
振 动 ；同时 ，在劈 刀 上施 加 一 定 的 压 力 。于 是 ，
架 上对 应 的电极健 合连 接 的过程 。 金 线 由于具 备 良好 的导 电性 能 、可 塑性 和 化 学 稳定 性 等 ，在半 导 体 分 立 器 件 内 引线 键 合 中 ，
２ｏ年５ Ｏ７ 月
料应 能 和芯 片 电极 以及框 架 引脚形 成 低 电阻 欧姆
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。
2024年半导体封装用键合铜丝市场需求分析
2024年半导体封装用键合铜丝市场需求分析1. 引言键合技术在半导体封装中起着至关重要的作用。
键合铜丝作为一种常用的键合材料，具有优良的电导性和高可靠性，被广泛应用在半导体封装行业。
本文旨在对半导体封装用键合铜丝的市场需求进行分析，探讨其市场前景和发展趋势。
2. 键合铜丝的特性键合铜丝具有以下几个重要特性：•优良的电导性：铜作为一种良好的导电材料，键合铜丝具有较低的电阻和良好的电导性能，能够有效传导电信号。
•高可靠性：键合铜丝具有良好的焊接性能和可靠性，能够承受高温、高湿和机械应力等环境条件。
•尺寸稳定性：键合铜丝具有较低的线膨胀系数，不易受温度变化和热应力的影响，能够保持稳定的尺寸。
3. 市场需求分析3.1 市场规模半导体封装市场是键合铜丝的主要应用领域之一，其市场规模主要取决于半导体封装行业的需求。
随着科技的进步和电子产品市场的不断扩大，半导体封装行业的市场需求呈现稳步增长的趋势。
根据市场研究机构的数据，预计未来几年半导体封装市场规模将继续扩大，为键合铜丝市场提供更大的需求空间。
3.2 技术创新驱动需求增长随着半导体封装技术的不断革新和发展，对键合铜丝的需求也在不断增长。
新一代芯片和封装技术对键合铜丝的要求越来越高，需要具有更好的导电性能、更高的可靠性和更低的线膨胀系数。
因此，技术创新是推动键合铜丝需求增长的重要驱动因素。
3.3 电子消费品市场的快速发展电子消费品市场的快速发展也推动了键合铜丝的市场需求。
随着智能手机、平板电脑、电视等电子产品的普及，对半导体封装的需求不断增加。
而键合铜丝作为半导体封装的关键材料，受益于电子消费品市场的发展而得到持续需求。
3.4 区域市场差异键合铜丝的市场需求在不同地区存在一定的差异。
发达地区如北美、欧洲和日本，对键合铜丝的需求相对较高，主要由其先进的半导体封装行业和电子消费品市场驱动。
而在新兴市场如中国和印度，随着电子消费品市场的快速崛起，对键合铜丝的需求也在逐渐增加。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ｗｗｗ．ｅｃｄａ．ｃｎ ２００７．５ 电子元器件应用 ７３
第９卷 第５期 ２００７年５月
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ＆ Ｄｅｖｉｃｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
以需要选用专用的劈刀。铜线专用劈刀应考虑到 制范围内。
铜线的机械性能， 并应对劈刀的结构尺寸作相应
另一种方法是将轨道键合区的加热块独立出
的改进， 以便较好地解决焊球球形和焊脚楔形不 良的问题。需要注意的是， 专用劈刀的选用需要 配合焊接压力、时间、功率等参数来同步调整， 才能获得理想的效果。适当增加芯片电极铝层厚 度， 也可以改善焊不粘问题， 避免芯片焊伤。
２ 铜线特性
表１所列是铜线和其它金属材料的特性比较。 从表１中可以看出： （１） 铜的导电率比金和铝好得多， 接近于银。 而且铜的金属间扩散率较小， 金属间化合物生长 较慢， 因而金属间渗透层的电阻较小。这决定了 它的功率损耗更小， 以便于用细线通过更大的电 流。 （２） 铜的热导率高。它是金的１．３倍， 是铝的 １．８倍， 这决定了它本身的温度不容易升高， 因而 更有利于接触面的热传递， 更能适应于高温环境 条件。 （３） 铜 的 抗 拉 强 度 高 。 对 同 样２．０ ｍｉｌ的 线 来 说 ， 铜 线 的 引 线 拉 力 约 为５５ ｇ， 金 线 约２５ ｇ， 铝 线约２０ ｇ。可见铜线约为金线的２倍， 铝线的３倍。 加上铜的硬度大， 强度高， 这个特性非常有利在
３ 失效分析
铜线键合作为热超声键合的一种， 和金线键 合一样， 同样存在焊球变形、焊脚拖尾、脱焊、 键合强度低等失效问题。影响键合质量、造成失 效的因素如表２所列。
铜线由于其自身的特点， 和金线相比， 在键 合过程， 容易发生其它的失效。其主要表现首先 是铜的金属活性较强， 在高压烧球时极易氧化。 一旦焊球氧化， 铜线将无法和芯片电极正常键 合， 这会出现焊不粘、拉力强度不足、焊伤等失 效问题； 故需要采取相应的防氧化保护措施。通 常采用一定比例的氢氮混合气体进行烧球保护； 同时需对焊接温度、压力等参数进行适当调整。 当铜线线径不同时， 相应的保护气流量、流速和 相关参数也需要重新进行调整。为了获得更好的 焊接效果， 还应在键合过程中采用超声波换能器 的多级驱动。多级驱动的目的首先是用大功率超 声波破坏铜表面的氧化层， 然后再用较低功率的 超声波完成扩散焊接。
影响因素
技术要求
解决方法
引线材料
抗拉强度、延伸强度、硬度适中， 无氧化
选择合适的材料型号， 正确存放
劈刀
端面平整、干净、无损伤， 送线顺畅
选择合适型号劈刀， 安装准确、牢固， 定期清洗、更换
芯片电极表面质量 芯片铝层清洁、无氧化、无划伤， 厚度合适（ ３￣５μｍ）
正确存放， 加强检查， 测量铝层厚度
１ 键合技术简介
引线键合技术又称为线焊技术和引线连接。 根据键合工艺特点可将其分为超声键合、热压键 合和热超声键合。
收稿日期： ２００７－ ０４－ １３
超声键合利用超声波发生器产生的能量， 并 通过换能器在超高频磁场感应下迅速伸缩而产生 弹性振动， 然后经变幅杆传给劈刀， 使劈刀相应 振动； 同时， 在劈刀上施加一定的压力。于是， 劈刀就在这两种合力的共同作用下使金属丝和焊 区两个纯净的金属面紧密接触， 以达到原子间的 “键合”， 从而形成牢固的焊接。铝线键合多数采 用超声键合法。
铝质引线作为一种价格低廉、资源丰富的金 属材料， 继金线之后， 在内引线健合中也得到大 量应用； 但由于铝质材料的电阻率较高、导热性 能较差和机械强度较低 （键合线径一般要求在４ ｍｉｌ以上）， 因而难以适应中小功率器件小面积小 焊位的生产需要。
近年来， 铜线由于其良好的电器、机械性能 和较低的价格而受到业界的青睐； 从而开始在半 导体内引线键合中大展拳脚， 成为新宠。但铜线 键合并非十全十美， 由于金属活性和延展性等方 面的不足， 铜线键合对键合设备和工艺有特殊的 要求， 同时也容易带来新的失效问题。
框架表面质量
平 整 、无 氧 化 、无 污 染
正确存放， 将框架压紧、压平
键合工艺条件
键合中心呈亮点， 焊球为线径的２￣３倍， 键合拉力符合要求 调试键合压力、时间、功率以达到最佳工作点
７４ 电子元器件应用 ２００７．５ ｗｗｗ．ｅｃｄａ．ｃｎ
第９卷 第５期 ２００７年５月
名企产品推介
Ｖｏｌ．９ Ｎｏ．５ Ｍａｙ． ２００７
采用共锡工艺进行装片可在芯片和框架之间 形成一个缓冲层 （２０￣４０ μｍ）， 这样也有助于防止 芯片断裂。
而由于铜线的延展性相对较差， 当框架和轨道贴 合不紧时， 就容易出现脱球脱口等失效。为解决
４ 结束语
这一问题， 一般用机械结构 （压板） 对框架前端 （载芯板） 和后端 （引脚） 进行压紧， 然后再进行 键合。但这样一来， 在键合过程中， 载芯板将产 生机械振动， 且框架与轨道贴合程度越差， 振动 越大。如果芯片与框架之间采用共晶工艺， 由于 没有适当的缓冲层， 则芯片容易受机械应力而发 生断裂。而这种裂痕非常微小， 只有在高倍显微
Ｖｏｌ．９ Ｎｏ．５ Ｍａｙ． ２００７
料应能和芯片电极以及框架引脚形成低电阻欧姆 接触； 并应在键合区上有强的结合力、良好的导 电性和、化学稳定性能； 同时要具有良好的可塑 性和易焊性。键合过程中还要能控制一定的几何 形状。
引线键合的工艺关键首先是温度控制。一般 温度调节范围为２００￣３５０℃， 调节精度为１℃； 其 次是精确定位控制， 即对芯片、引线框架的精确 定位； 然后是工作参数的设定， 包括对驱动超声 波换能器、线夹、电子打火的电流、电压、频 率、振幅， 键合压力、时间等参数的合理设置， 以保证焊接点的精度、焊接质量和长期可靠性。
“可 测 试 性 是 奇 梦 达 能 否 成 功 地 将 新ＤＲＡＭ 产 品 推 向 市 场 的 一 个 重 要 前 提 条 件 。 Ａｄｖａｎｔｅｓｔ 和 奇 梦 达 在 ＤＲＡＭ测 试 领 域 拥 有 长 期 且 稳 定 的 合 作 关系， 我们很高兴能拥有如此强大的合作伙伴共 同 开 发 ＧＤＤＲ５ 大 容 量 测 试 解 决 方 案 。” 奇 梦 达 公 司 副 总 裁 暨 显 示 存 储 事 业 部 总 经 理Ｒｏｂｅｒｔ Ｆｅｕｒｌｅ 这样表示。
第９卷 第５期 ２００７年５月
名企产品推介
Ｖｏｌ．９ Ｎｏ．５ Ｍａｙ． ２００７
新型铜线键合技术
陈宏仕 （汕头华汕电子器件有限公司， 广东 汕头 ５１５０４１）
摘 要： 铜线以其良好的电器机械性能和低成本特点已在半导体分立器件的内引线键合工艺 中得到广泛应用； 但铜线的金属活性和延展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。 关键词： 铜线； 键合； 失效； 内引线
铜线键合是目前半导体行业发展起来的一种 焊接新技术， 许多世界级半导体企业纷纷投入开 发这种工艺， 可见其广阔的发展前景。但与金线 键合相比， 铜线键合技术， 还要在设备和工艺上 加大投入， 不断探索和总结。
参考文献
镜下仔细观察方可发现； 甚至有一些裂痕， 直到 产品应用时才表现出来， 所以风险性极大。
塑封模压时保护引线的弧形弧度。 （４） 铜的化学稳定性不如金， 容易氧化 。 铜
的硬度大、延展性较差， 在一定程度上增加了焊 接的难度。
由于铜线相对于金线和铝线有较好的电器和 机械性能， 加上价格较低， 所以在半导体器件键 合中已得到重视和应用。当然， 由于金属活性和 延展性等方面的不足， 铜线的应用对生产设备、 生产工艺也提出了更高的要求。
表１ 铜线与其它金属的性能比较
材料 金 银 铜 铝
相对导电率 ７１ １００ ９５ ６０
抗拉强度 （Ｎ／ｍｍ２） 热导率 （Ｗ／ｍＫ） 金属活
低
２０
特贵
１６０￣１８０
４１８．７
较低
２５
贵
２００￣２２０
３９６．４
中
４０
中
７０￣８０
２２２
高
２５
低
表２ 失效因素与解决方法
０ 引言
引线键合是将芯片电极面朝上粘贴在封装基 座上， 再用金属丝将芯片电极 （焊位） 与引线框 架上对应的电极健合连接的过程。
金线由于具备良好的导电性能、可塑性和化 学稳定性等， 在半导体分立器件内引线键合中， 一直占据着绝对的主导地位， 并拥有最成熟的键 合工艺。但由于资源有限， 金线价格昂贵， 所以 业界一直在寻找可以代替金线的金属材料。
实际生产过程中还有一种特殊的情况应引起 重视。由于不同厂家框架的打弯角度和深度不一 致， 键合时框架与轨道的贴合程度会有所差异。
来， 使其和压板构成一个连动机构； 框架过位 时， 加热块上升、压板下压， 同时夹紧框架； 完 成键合动作后， 压板上抬、加热块下降， 同时松 开框架； 这样就可以最大限度地减少载芯板在键 合过程的机械振动， 避免芯片的断裂。
奇梦达携手Ａｄ ｖａ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ 共同开发ＧＤＤＲ５测试解决方案
奇 梦 达 公 司 宣 布 与 Ａｄｖａｎｔｅｓｔ 公 司 携 手 开 发 ＧＤＤＲ５ （显示双数据速率５） 测试硬件。此次合作 旨在开发适用于ＧＤＤＲ５图形ＤＲＡＭ （动态随机存 取存储器） 的大容量测试解决方案。
ＧＤＤＲ５将 成 为 继ＧＤＤＲ３之 后 的 下 一 个 主 要 显 示 ＤＲＡＭ标 准 。 ＧＤＤＲ５ 存 储 器 性 能 将 超 过 现 有 的显示标准。全新特性和性能将使ＧＤＤＲ５成为适 用于未来高性能显示应用 （如ＰＣ显卡或游戏控制 台） 的理想产品。ＧＤＤＲ５标准目前正在由ＪＥＤＥＣ 制 定 。 新 的Ｉ／Ｏ标 准 要 成 功 地 进 入 市 场 需 要 可 制 造性的支持， 而内存测试正是制造的一个部分。
“对 拥 有 杰 出 性 能 和 特 性 的 ＧＤＤＲ５ 进 行 有 效 测试是一项极具挑战性的任务。我们非常高兴与 经 验 丰 富 的 高 性 能 显 示 ＤＲＡＭ制 造 商 奇 梦 达 合 作。”Ａｄｖａｎｔｅｓｔ的一位发言人表示。