硅铝丝引线键合可靠性分析
引线键合强度BPT试验分析
引线键合强度ＢＰＴ试验分析作者：王美荣来源：《硅谷》2008年第18期[摘要]通过试验的方式从键合引线断裂模式的角度讨论增加引线键合强度所需注意的主要问题。
四种键合引线断裂模式：焊点脱落，球颈断裂，焊线断裂和二焊点断裂。
详诉了引起这些断裂的各种原因，得出提高引线拉力所需要注意的各方面因素，及如何调整这些参数或者选择工具得到最好的工程参数匹配。
[关键词]键合强度 BPT 引线断裂中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0920037－02一、引言引线键合工艺具有高可靠性，高品质，工艺成熟，操作简单，成本低廉等优点，目前广泛应用于微电子封装领域，在世界半导体元器件行业中，90％采用引线键合技术。
引线键合的质量、可靠性直接决定了微器件、组件的性能和寿命。
引线键合工艺可分为：热压焊、超声波焊和热声焊等3种工艺.其中热声焊集中了前两种焊接的特点因而在现代引线连接中占主流。
引线键合实质上还是金属键合。
两种金属在摩擦力作用下发生了强烈的塑性流动，为纯净金属表面之间的接触创造了条件。
而加热台和劈刀的温升以及高频振动，则又进一步造成了金属晶格上原子的受激活状态。
因此，当有共价健性质的金属原子互相接近到以纳米计的距离时。
就有可能通过公共电子形成了原子间的电子桥，金属“键合”完成。
二、热声焊接工艺热声焊接原理：用负高压电火花(EFO)使金属丝端部熔成球形，在芯片焊盘上加热加压加超声，使接触面产生塑性变形并破坏界面的氧化膜，使其活性化，通过接触面两金属之间的扩散结合而完成球焊-第一焊点；然后焊头通过复杂的三维移动到达集成电路底座的外引线的内引出脚，再加热加压加超声完成楔焊-第二焊点。
热声焊接由于机械去膜更为充分，金属的扩散在整个界面上进行，首先在广泛的接触面上分散地形成了扩散地核心，然后首先在超声振动方向上形成合金层，并逐渐生长，最终合金层扩及整个接触面。
引线键合的稳定性将决定封装成品的好坏，所以获得优良的焊线品质就变得非常的重要，而引线键合除了焊丝成球外，焊线路径稳定性与焊线完之后的张力也是非常重要的。
引线键合技术发展及失效分析-企业版-2012-5
引线键合技术发展及键合实效机理分析（孙伟沈阳中光电子有限公司辽宁沈阳）备注：键合资料整理与技术应用参考制定时间2012 年5月12日摘要：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方法的主流，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；超声波键合；集成电路Progress on Technology of Wire BondingAbstract：Wire Bonding holds the leading position of connection ways because of its simple technique，low cost and variety for different packing forms. Discuss and analyz the research progress of wire bonding process,materials,devices and mechanism of ultrasonic wire bonding.The main process parameters and optimization methods were listed. Ball bonding and Wedge bonding are the two fundamental forms of wire bonding.Ultrasonic/thermosinic bonding became the main trend instead of ultrasonic bonding and themosonic bonding because of its low mentioned. The integration of capillaries design, bonding materials and bonding devices is the key of integrated solution of wire bonding.Key words: Wire bonding;Ball bonding;Wedge bonding;Ultrasonic wire bonding;IC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。
三维封装中引线键合技术的实现与可靠性
上，传统的引线键合技术通过原有技术的改进和新 材料、新工艺、新技术的应用，不仅可满足半导体封 装发展的需求Ｅ２３，而且在ＳｉＰ封装等三维封装技术 快速发展的今天，引线键合互连仍然是先进封装中 的主要互连技术之一。
先进封装中，引线键合技术的新设计、新材料和 新工艺的应用，在适应封装技术发展的同时，必然会 带来一些新的可靠性问题；同时，对相应的失效分析 技术也提出更高的要求。因此，有必要从三维封装
摘 要： 结合半导体封装的发展，研究了低线弧、叠层键合、引线上芯片、外悬芯片、长距离键合和
双面键合６种引线互连封装技术；分析了各种引线键合的技术特点和可靠性。传统的引线键合技
术通过不断地改进，成为三维高密度封装中的通用互连技术，新技术的出现随之会产生一些新的可
靠性问题；同时，对相应的失效分析技术也提出了更高的要求。多种互连引线键合技术的综合应
ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓ ｌｏｗ ｌｏｏｐｓ，ｃａｓｃａｄｅ ｂｏｎｄｉｎｇ，ｃｈｉｐ ｏｎ ｗｉｒｅ，ｂｏｎｄｉｎｇ ｏｖｅｒｈａｎｇ ｄｉｅ，ｂｏｎｄｅｄ ｏｎ ｂｏｔｈ ｓｉｄｅｓ，ａｎｄ ｌｏｎｇ ｉｎ－ｂｏａｒｄ ｌｏｏｐｉｎｇ．Ａｌｓｏ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｂｙ ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ，
Ｉ。ｕ Ｙｕｄｏｎ９１～，ＨＥ Ｘｉａｏｑｉ２，ＥＮ Ｙｕｎｆｅｉ２
（１．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，Ｔｈｅ ５ｔｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ
键合铝线特性及提高键合可靠性方法
第36期2020年12月No.36December ，2020键合铝线特性及提高键合可靠性方法摘要：文章根据几种不同种类和线径的铝线及其综合特性，通过两种普遍实用的熔断电流计算公式，计算了常见的铝线线径的熔断电流；同时，根据键合中经常遇到的失效模式，讨论了几种改进键合质量和提高键合可靠性的措施。
关键词：键合铝线；熔断电流；可靠性中图分类号：TN957文献标志码：A 江苏科技信息Jiangsu Science &Technology Information黄全全，王立，柴駪（南瑞联研半导体有限责任公司，江苏南京211000）作者简介：黄全全（1987—），男，山东曲阜人，工程师，硕士；研究方向：半导体封装工艺。
引言长期以来，由于其特殊的工作环境，对功率器件和电子元器件长期质量可靠性要求越来越高，其键合系统的失效是影响功率器件和电子元器件可靠性的重要因素之一［1］。
因此，迫切需要分析影响键合铝线及掺杂铝线的特性，并采取有效措施提高键合质量的方法。
1键合铝线特性与熔断电流键合铝线按线径分为细铝线和粗铝线，细铝线线径为0.7~4英寸，粗铝线线径为5~20英寸。
按成分分为纯铝、铝-硅、铝-镁、铝-铜等，目前，一般在引线中添加50万分之一的Ni 元素，以减少封装材料对引线的腐蚀。
1.1键合粗铝线化学组成成分的铝线的特性纯铝粗铝线的综合特性如表1—2所示。
表1为不同线径的粗铝线的机械特性。
为了提高铝线的疲劳强度，一般会在铝线中添加0.5%的Mg 。
表2为Al-0.5%Mg 铝线的机械特性。
表3为纯Al 线以及Al-0.5%Mg 线的热学和电学特性。
从表1—3可知，键合粗铝线中掺杂一些其他的元素。
从表3可知，如Al-0.5%Mg ，只是改变了铝线力学方面的性能，对电学和热学的影响可忽略。
从表1、2中得出，加入0.5%Mg 后铝线的延伸率和断裂载荷大大提升，从而改善了铝线的抗疲劳性。
1.2不同线径键合铝线的熔断电流计算及分析公式（1）为对于不同线径铝线熔断电流的计算公式：I f =d 20×102×SQRT ()2.324×T -1f +1.173×103×T -20（1）表1纯粗铝线机械特性直径/英寸延伸率/%断裂载荷/cN5>150~906>180~1207>1100~1608>1150~23010>1200~30012>5280~40015>5450~65016>5500~70018>5650~85020>5850~1100表2Al-0.5%Mg 粗铝线机械特性直径/英寸延伸率/%断裂载荷/cN5>580~1206>5130~1707>10170~2308>10230~33010>10320~48012>10450~65015>10700~90016>10800~100018>101150~145020>101400~1800If:Fusing current(A)Tf:Time to fuse open a wire(sec)d0:Diameter of wire(mm)I0:Loop Length(mm)We defined If calculated at t=∞as permissible current.除了这种公式之外还有一种更为普遍和常见的计算Au/Cu/铝键合线熔断电流的通用计算公式“Preece equation ”，如公式（2）所示：I =A ×D 1.5（2）D=wire diameter in inches I=DC or rms current For bonding wires in plastic packagesA=30000for Gold or Copper with a bond to bond length≤1mmA=20500for Gold or Copper with a bond to bond length ＞1mmA=22000for Aluminum with a bond to bondlength≤1mmA=15200for Aluminum with a bond to bond length ＞1mm通过公式（2）得出的不同键合材料与键合线径熔断电流的计算公式，代入公式。
几种键合引线的详细对比
几种键合引线的详细对比-键合金丝/键合铜线/铝键合线键合金丝, 作为应用最广泛的键合丝来说,在引线键合中存在以下几个方面的问题:1, Au2Al 金属学系统易产生有害的金属间化合物[ ,这些金属间化合物晶格常数不同,力学性能和热性能也不同,反应时会产生物质迁移,从而在交界层形成可见的柯肯德尔空洞( Kirkendall Void) ,使键合处产生空腔,电阻急剧增大,破坏了集成电路的欧姆联结,导电性严重破坏或产生裂缝,易在此引起器件焊点脱开而失效。
2, 金丝的耐热性差,金的再结晶温度较低(150 ℃) ,导致高温强度较低。
球焊时,焊球附近的金丝由于受热而形成再结晶组织,若金丝过硬会造成球颈部折曲;焊球加热时,金丝晶粒粗大化会造成球颈部断裂;3, 金丝还易造成塌丝现象和拖尾现象,严重影响了键合的质量;4, 金丝的价格昂贵,导致封装成本过高。
键合铝线, Al21 %Si 丝作为一种低成本的键合丝受到人们的广泛重视,国内外很多科研单位都在通过改变生产工艺来生产各种替代金丝的Al21 %Si 丝,但仍存在较多问题: 1, 普通Al21 %Si 在球焊时加热易氧化,生成一层硬的氧化膜,此膜阻碍球的形成,而球形的稳定性是Al21 %Si 键合强度的主要特性。
实验证明,金丝球焊在空气中焊点圆度高,Al21 %Si 球焊由于表面氧化的影响,空气中焊点圆度低;2, Al21 %Si 丝的拉伸强度和耐热性不如金丝,容易发生引线下垂和塌丝;3, 同轴Al21 %Si 的性能不稳定,特别是伸长率波动大,同批次产品的性能相差大,且产品的成材率低,表面清洁度差,并较易在键合处经常产生疲劳断裂。
键合铜丝, 早在10 年前,铜丝球焊工艺就作为一种降低成本的方法应用于晶片上的铝焊区金属化。
但在当时行业的标准封装形式为18～40 个引线的塑料双列直插式封装(塑料DIP) ,其焊区间距为150～200μm , 焊球尺为100～125μm ,丝焊的长度很难超过3 mm。
Al-1%wtSi键合线线材的研制及组织和纯度对其性能的影响的开题报告
Al-1％wtSi键合线线材的研制及组织和纯度对其性能的影响的开题报告开题报告：Al-1％wtSi键合线线材的研制及组织和纯度对其性能的影响1.研究背景及意义Al-Si合金具有优良的物理和机械性能，在航空航天、汽车、造船等工业领域中有广泛的应用。
其中，Al-1％wtSi合金由于其低膨胀系数、高强度和良好的耐腐蚀性，在半导体封装行业中应用广泛。
键合线是半导体封装中不可或缺的一部分，而Al-1％wtSi键合线线材作为键合线的主要材料之一，其性能的优劣直接影响到半导体封装件的质量和可靠性。
因此，研究Al-1％wtSi键合线线材的组织结构和纯度对其性能的影响，对于提高半导体封装件的质量和可靠性有重要的意义。
2.研究内容和方法本文拟研究Al-1％wtSi键合线线材的研制及其组织结构和纯度对其性能的影响。
具体研究内容和方法如下：（1）制备Al-1％wtSi键合线线材。
选择适当的原材料，采用熔铸-拉拔工艺制备Al-1％wtSi键合线线材。
对所制备的线材进行物理、化学和金相等测试。
（2）研究Al-1％wtSi键合线线材的组织结构。
利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）等测试手段，研究Al-1％wtSi键合线线材的微观组织结构和晶粒尺寸等参数。
（3）研究Al-1％wtSi键合线线材的纯度对其性能的影响。
通过改变制备过程中原材料的纯度和制备工艺的不同，分析纯度对Al-1％wtSi键合线线材性能的影响，包括拉伸强度、屈服强度、断裂伸长率等。
（4）分析研究结果，并探讨Al-1％wtSi键合线线材性能的影响机制。
3.预期结果及创新点本研究预期能够成功制备Al-1％wtSi键合线线材，并分析其组织结构和纯度对其性能的影响。
具体预期结果和创新点如下：（1）制备出具有较高纯度、良好组织结构和优异性能的Al-1％wtSi键合线线材。
（2）研究Al-1％wtSi键合线线材的微观组织结构和晶粒尺寸等参数，探究键合线的性能与组织结构之间的关系。
引线键合的失效机理及分析
引线键合的失效机理及分析贺玲;刘洪涛【摘要】随着电子封装系统的发展,封装系统对可靠性及使用寿命的要求不断提高.引线键合作为半导体后道工序中的关键工序,在未来相当长一段时间内仍将是封装内部链接的主流方式.引线键合工艺的可靠性是半导体器件可靠性的一个重要组成部分,尤其对电路的长期可靠性影响很大,据国外的统计数据显示键合系统的失效占整个半导体器件失效模式比例的25％～30％.严格控制器件的生产工艺环境以及引线的键合工艺质量尤为重要.针对单芯片集成电路加工过程中遇到的键合失效模式,对过程进行分析,找出引线键合失效的原因,提出了改善方法.%With the development of electronic packaging system,the requirements for reliability and service life are continuously increased.As the key process of semiconductor post process, wire bonding will still be the mainstream way of packaging internallinks for a long time to come.The reliability of wire bond-ing process is an important part of the reliability of semiconductor devices,especially influencing the long term reliability of circuit heavily,and according to the foreign statistical data, it shows that the failure rate of the bonding system accounts for 25％～30％ of the failure mode of the whole semiconductor device.It is very important to control the manufacturing process and the wire bonding process quality.According to the bonding failure modes encountered in the process of single chip integrated circuits processing,the process is analyzed,so as to find out the reason of wire bonding failure,and to propose improvement methods.【期刊名称】《微处理机》【年(卷),期】2017(038)006【总页数】4页(P17-20)【关键词】引线键合;失效机理;稳定性;可靠性;失效模式;断裂【作者】贺玲;刘洪涛【作者单位】中国电子科技集团公司第47研究所,沈阳110032;中国电子科技集团公司第47研究所,沈阳110032【正文语种】中文【中图分类】TN43半导体集成电路引线键合是集成电路封装中的一个非常重要的环节，引线键合的好坏直接影响到电路使用后的稳定性和可靠性[1]。
提高引线键合的可靠性研究
提高引线键合的可靠性研究作者：吴毓颖来源：《中国科技纵横》2018年第04期摘要：本文详细介绍了引线键合的方式，以及各类键合方式的质量控制点，通过拉力破坏试验对现有键合能力进行评估。
随着微波产品的工作频率越来越高，引线键合的稳定性问题也愈发突出，针对这些情况，通过正交试验，得出了基板化学镀的工艺参数，减少基板表面金层对引线键合强度的影响，提高引线键合强度。
关键词：引线键合；可靠性；正交试验中图分类号：TN405.96 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）04-0068-021 概述目前有源相控阵雷达是当今世界上雷达研制和发展的主流。
在有源相控阵雷达中，高性能、高可靠、低成本的收发组件是重要的技术关键，图1为相控阵雷达T/R组件。
这些微波组件在复杂苛刻的环境中，要保持稳定的性能与良好的状态，电气性能的可靠性是重中之重。
微互连技术是为了实现芯片与基板电极之间电气连接，是微组装过程中非常重要的环节。
只有电路的完好连接，才能实现整个组件的电性能。
2 引线键合强度芯片电极与基板电极的微互连方式主要有三种：引线键合WB（wire bonding）、载带自动焊TAB（tape automated bonding）、倒装芯片连接FC（flip chip）。
在上述三种连接方式中，引线键合是最常用的微互连方式，引线键合又可分为球焊（ball bonding）和楔焊（wedge bonding）二种。
为了有利于微波传输，我们采用楔焊方法实现芯片与基板电极间的低弧度短线连接，采用的楔焊引线材料是金丝。
引线是芯片内部电路与外部电路实现电、热连接的通道，键合点不断承裁着电和热的冲击。
引线键合的质量用键合强度的大小来衡量，键合强度越大，说明键合质量越好，可靠性越高。
而影响引线键合强度的因素有很多，比如基板表面金层的洁净度，基板表面再金属层的厚度、引线键合机的工艺参数设置等。
在微组装的过程中，我们对引线键合强度设置了质量控制点，利用拉力测试仪对微波组件的引线进行破坏性拉力测试，以检测引线键合强度，并记录下数据。
Al、Au、Cu焊丝在引线键合中的比较
Al、Au、Cu焊丝在引线键合中的比较一．三种元素的优缺点Al：优点；三者中价格最低、资源丰富；缺点：电阻率高，热导性能差，机械强度低，难以适应中小功率器件小面积小焊位的生产需要，但可在铝成份中添加1％的硅，可增强铝线强度，适应于小直径;焊点大，需要Pad尺寸大，降低了芯片效率。
Au：优点：90％的封装企业使用金线键合，键合工艺成熟；具有良好的导电性能、可塑性；化学性质稳定，不易被氧化和腐蚀，确保在无尘室温条件下得到一个可靠的引线键合工艺。
缺点：资源有限，价格昂贵；金属间化合物生长速度快，老化较快；金丝还易造成塌丝现象和拖尾现象，严重影响了键合的质量。
Cu：优点：相比金线价格低；热导大，可适用于功率型器件；电导率大，相同直径可承受更大电流；高刚度，可适合更小直径引线；金属间化合物生长慢，老化现象慢。
缺点：易被氧化，焊接时需要加保护气体，因此需要改进焊线设备；硬度、屈服强度均高于金和铝，键合时需要更大的超声能量和键合压力，易对芯片造成破坏。
工艺不成熟，因此不适于大批、高可靠性生产。
二．两种引线键合技术：球形焊接和楔形焊接。
Au、Cu主要应用于球型焊接技术，采用热超声焊，金丝的一部分在高温下融化成金球，通过陶瓷材料的毛细管劈刀进行键合，在150°—240°条件下进行。
技术成熟。
因为单晶铝性质不稳定，高温下极易很快在表面形成一层氧化膜，有阻碍作用，不利于形成铝球，因此纯铝不适合丝球焊。
Al主要用于楔形焊接技术，采用超声焊，铝丝在楔形道具下通过压力进行键合。
该焊接在室温下进行，有利于一些厂家的生产。
但此工艺过程速度慢，所用时间是丝球焊的3倍以上。
结论：铝线键合适用于楔形焊接技术，可在室温下焊接，可得到高焊接质量的产品。
不过焊接速度慢，焊接效率比丝球焊低，并且需要更大尺寸焊盘和芯片电极。
Au-Al键合界面金属间化合物对可靠性影响的研究
Au-Al键合界面金属间化合物对可靠性影响的研究
张健健;吴超;陶少杰
【期刊名称】《中国集成电路》
【年(卷),期】2024(33)6
【摘要】引线键合工艺是半导体封装过程中十分重要的一道工序,键合质量的提高基于键合可靠性的提升,而键合界面对键合的可靠性,乃至对电子元器件的服役性能和使用寿命都有着极大的影响。
但是,在键合完成初期,由于会形成少量的金属间化合物(IMC)。
而且,随着时间的增加和温度的升高,金属间化合物会增加。
金属间化合物过多时易导致键合强度降低、变脆,以及接触电阻变大等问题,应该看到,脆性的金属间化合物会使键合点在受周期性应力作用时引发疲劳破坏,最终可导致器件开路或器件的电性能退化。
其中,金属间化合物的形成和可肯达尔(Kirkendall)空洞是金铝(Au-Al)键合失效的主要失效机理。
本文结合充分的实验测试数据及相关文献,综述键合界面上金属间化合物的形成以及演变机理,并且从不同种类的金线、芯片焊盘的铝层厚度、不同焊线的模式、不同类型的封装树脂,四个方面探讨键合界面金属间化合物对可靠性的影响。
【总页数】8页(P82-89)
【作者】张健健;吴超;陶少杰
【作者单位】宏茂微电子(上海)有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】R28
【相关文献】
1.电解质类污染物对Au-Al键合界面的可靠性影响
2.Cu/Al引线键合界面金属间化合物生长过程的原位实验研究∗
3.老化过程中Cu/Al合金键合界面金属间化合物的生长行为
4.键合界面金属间化合物对可靠性影响的研究现状
5.不同温度应力下陶封器件Au-Al键合可靠性研究
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半导体极细键合硅铝丝
半导体极细键合硅铝丝
半导体极细键合硅铝丝是一种在半导体制备过程中常用的材料。
硅铝丝通常由纯度较高的硅和铝元素组成，通过特定的工艺加工而成。
硅铝丝的尺寸通常非常细小，一般在几微米至几十微米的范围内。
这种极细的尺寸使得硅铝丝可以用于制备微电子器件中的电路连接、焊接和键合等关键工序。
半导体极细键合硅铝丝的制备过程通常分为几个步骤。
首先，需要将纯度较高的硅和铝材料进行混合，并通过特定的熔炼和冷却工艺得到一种均匀的合金材料。
接下来，将这种合金材料通过拉丝工艺制备成极细的线状结构。
最后，将制备好的硅铝丝用于半导体器件的键合过程中。
半导体极细键合硅铝丝具有一些优点，例如具有良好的导电性能、高温稳定性和良好的机械强度。
这种材料在半导体器件制备中广泛应用，可以用于连接半导体芯片和外部电路，实现电子信号的传输和耦合。
影响铝线键合失效因素及失效分析
电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering电子技术Electronic Tech no l ogy 影响铝线键合失效因素及失效分析黄全全王立葛伟华（南瑞联研半导体有限责任公司江苏省南京市211000）摘要：本文根•据大量的工作和经验的积累，列举了影响键合失效的因素，并根据这些失效的产品或样品给出了失效分析，总结了经验和积累了数据，并给出了相应的解决方法，只有不断的优化键合过程，才能提升产品良率。
关键词：铝线键合；键合参数；失效因素；半导体1前言随着混合电路和功率半导体器件在军事和商业上的广泛应用，对器件键合系统的可靠性要求也更加苛刻。
半导体功率器件和电子元器件产品的引线键合失效是半导体分离器件、混合集成电路等常见的失效模式⑴。
因此、迫切要求我们分析影响键合铝线键合强度的因素，并且根据实际生产中遇到的问题进行失效分析。
2影响粗铝线键合失效的因素及失效分析超声波键合的原理是压电陶瓷将超声发生器产生的高频正弦功率信号转变成机械振动，振动经传输放大并汇聚后作用在键合界面上，在机械能和键合力的作用下，劈刀中的铝线与界面发生摩擦，去除沾污并且将界面氧化膜破碎，纯净的金属表面原子在温升及高频振动下变为激活状态，当共价键的金属原子接近到纳米级的距离时，就有可能通过共用电子形成原子间的电子桥。
键合界面材料行为分析：第一阶段，超声能量促使铝线软化变形。
第二阶段，超声波通过铝线传到键合界面，这-波的形式是一种与脉冲方向垂直的对键合表面的周期性切入的行为。
2.1键合区域表面有污染或氧化DBC表面的污染和破坏，如图1,焊锡铺展到键合区域，铝线无法键合，就算是能够键合上，键合强度也很低。
如图2,键合区域表面有油污，铝线无法键合，出现跳点。
2.2键合参数设置不当引起的键合失效2.2.1超声功率与键合压力键合功率影响劈刀水平方向震动的频率和幅度，当键合压力和键合时间一定时，功率越小，劈刀的振幅越小。
可靠性3-1
雪崩热载流子的产生和注入
类似钱塘江潮，越 窄的地方流越急
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热载流子的研究方法——电荷泵技术（CP）
• 器件源漏极相连与衬底间施加一 反向偏压，栅极连到一脉冲发生 器．波形及幅度示波器监视。脉 冲常用矩形。 脉冲电压使nMOS从堆积到反型， 从源-漏区进入沟道的电子，一部 分被界面态所俘获，当栅脉冲使 沟道回到堆积时，沟道区未被俘 获的电子在反向偏压作用下又回 到源(漏)，被界面态俘获电子与衬 底的多子(空穴)复合，通过界面态 产生从衬底到漏源电荷流动，即 电荷泵电流Icp(Isub)，由串在衬底回 路的电流计测出。
降低Na+ 的措施
①含氯的氧化工艺； 干氧中添加含氯气态物(Cl2,HCl,C2HCl3)，改善 SiO2质量，完美钝化效果。 减少Na+沾污，正电荷效应减弱，丧失电活性 和不稳定性。 ②氧化层表面覆盖PSG或BSG； ③超纯净化学试剂，如MOS极；
2 界面陷阱电荷(界面态)Qit 来源：Si-SiO2界面缺陷、金属杂质及辐射引起的缺陷 分布：Si-SiO2界面处，能量在Si的禁带中； 界面态密度Dit：单位能量的界面陷阱密度(eVcm-2) 用禁带中心能级Dit表征陷阱浓度 (图2.30)
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AuAl2发紫色叫紫斑； Au2Al呈白色叫白斑，性脆，易产生裂纹引起开路。
Au-A1接触300℃以上高温下容易发生空洞，Kirkendall效应。因高温下金向铝 中迅速扩散形成Au 2A1，在键合点四周出现环形空洞，铝膜部分或全部脱离， 形成高阻或开路。 金-铝控合处开路失效后，在电测试中又会恢复正常，时通时断现象，可进行高 温(200℃以上)存贮，观察开路失效是否再次出现来确定。
非本征击穿
非本征击穿
栅氧化层击穿
Si-Al丝键合技术研究
在５ 种 ，主要是Ａ Ｌ １ 紫斑 、Ａ ｕ 白斑￣ ｌ － Ｉ Ａ ｕ Ａ １ ２ ） ［ ２ １ ｏ ｒ ｛ １ 于这 些化 合物 的晶 格常 数不 同 ，机械 性能 和热 性能 也不 同 ，反应 时会 产生物 质 移动 ，从 而存 交界 层形
Ｓ ｉ — Ａ Ｉ 丝键 合 技 术 研 究
姚友谊 ，刘美碉 ，胡蓉
（ 成都 西科微波通讯有 限公司 ，Ｉ 几 ｊ 川 成都 ６ １ ０ ０ ９ １ ）
摘
要 ：由于柯肯德尔效应 ，异 质金属键合不可避免地会 在键 合界面扩散形成金属 间化合物 ，进而形成可
见 的柯肯德尔空洞 ，导致焊点脱开失效。１ ． ￣ Ｓ ｉ — Ａ ｌ 丝超声键合技术研究为 发点 ，针对线径２ ５ ｍ ｌ ｆ ￣ Ｓ ｉ — Ａ １ 丝 ，通 过正交试验设计 、拉力测试及显微镜 目测 相结合的方法 ，在硅基Ａ ｌ 焊盘上研 究 了超声功率 、压力 与时间对ｓ ｉ — Ａ ｌ 丝超声键合强度 的影 响 ，总结 了ｓ ｉ — Ａ ｌ 丝超声键合工艺窗 口。经实践证 明 ，按 照该 种工艺 键合的产牖可符合产品
ｂ ｏ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｗｅ ｒ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｏ ｐ ｅ ｄ ｉ ｃ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ， ｐ ｕ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｙ ． Ｔ ｈ ｅ Ｓ ｉ － Ａ１ ｗｉ ｒ ｅ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ ｂ ｏ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ｅ ｓ ｈ ｏ ｗｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｍａ ｄ ｅ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
SiC功率模块引线键合参数优化与可靠性分析
SiC功率模块引线键合参数优化与可靠性分析
李乐洲;兰欣;何志伟;程勇
【期刊名称】《电源学报》
【年(卷),期】2024(22)3
【摘要】在汽车电力电子器件开发技术中,功率模块正朝着小型化和高功率密度方向发展,而汽车动力装置的高频通断操作会增加键合线的疲劳失效风险。
为了提高
键合强度及可靠性,首先从键合原理角度出发,揭示键合参数在不同阶段的作用机理,利用单因素实验得到各参数的优化区间;然后通过数值计算与老化实验相结合的方
法系统性研究了键合线材料对键合可靠性的影响。
结果显示,Cu键合线的最高温度、最大等效应力均高于Al键合线,但受材料属性影响,Cu键合线的最大塑性应变仅为
Al键合线的1/2,根据功率循环实验,其寿命约为Al键合线的4倍,并且Cu线键合
质量分散性大,单根键合线脱落引起监测信号阶段性跃升的现象可以成为日常工作
中的失效预警信号。
【总页数】9页(P190-198)
【作者】李乐洲;兰欣;何志伟;程勇
【作者单位】山东大学能动学院;元山(济南)电子科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM46
【相关文献】
1.功率模块引线键合界面温度循环下的寿命预测
2.低损耗大功率三电平SiC混合功率模块研究
3.全SiC/半SiC智能功率模块功耗研究
4.大功率IGBT模块封装中的超声引线键合技术
5.SiC-MOSFET开关模块RC缓冲吸收电路的参数优化设计
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粘片焊料二次流淌对铝硅丝键合衬底可靠性影响研究
粘片焊料二次流淌对铝硅丝键合衬底可靠性影响研究
田爱民
【期刊名称】《微处理机》
【年(卷),期】2024(45)1
【摘要】以某款器件在一致性检验的内部目检中发现的失效现象为依托,开展试验研究。
针对铝硅丝无法直接键合在芯片安装材料之上的问题,从粘片焊料在封帽过程中的重熔现象进行分析,对有问题的键合丝做300℃、24 h存储试验和125℃、168 h寿命试验,测试键合拉力和断点位置。
试验后键合拉力满足国军标要求,断裂位置也不在金铝键合界面处出现,能够有效解释粘片焊料二次流淌对铝丝键合衬底可靠性的影响,避免问题再次发生。
【总页数】4页(P19-22)
【作者】田爱民
【作者单位】中国电子科技集团公司第四十七研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN305.94
【相关文献】
1.键合铝硅丝连续退火复绕机的控制系统
2.铝硅丝超声键合引线失效分析与解决
3.感应加热硅衬底上的金膜用于圆片键合(英文)
4.铝键合丝弧高、跨度与可靠性的研究
5.键合参数对金铝键合可靠性的影响
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虽然 压点 区 的 Ｃ、 ０、 Ｍｇ 不 参于键 合 ， 但 当 Ｃ、 ０杂质层 达 到一定 厚度 时 ， 会 造成虚 焊或 脱键 ， 这
是 因为 ０一 Ａ １ 、 Ｏ—Ｓ ｉ 形 成 氧化 薄膜 ， 阻 挡 了引线
产 品质 量 的一项 重要工 作 。
电极引线 与集成 电路 底座 外引线 连接 在一 起 。因
此， 引线 连接 的好 坏 直 接影 响器 件 制造 的成 品 率 和器件 的稳定性 ， 往 往一 个合格 的 芯片 ， 因为 引线 连 接有 问题 （ 断线 、 虚线 、 短路等） 而报 废 ， 或 者 电 路 在生 产后 的常 温 测试 中性 能 完好 ， 但 经 过 高 温 贮存 、 温 度 冲击 、 机 械振动 等筛 选试验 后 出现 引线 开路等 ， 影 响电路 的成 品率 和可靠 性 。 引线键合 可靠 性是指 引线 连接应 具有 低 的接 触 电阻 、 合适 的机械 强度 、 长期 的金相 稳定 性 和小 的寄 生 参 量 。 引 线 键 合 可 能 在 一 定 的 环 境 （ 温 度、 湿度 、 气氛 ） 下 在 结 合 处 因产 生 界 面 层 或 空 洞、 裂纹 而导致 连接 失效 。
（ ２ ） 超 声波 键 合 是 塑 性 流 动 与 磨擦 的 结 合 ，
３ ２
元素
Ｃ Ｎｇ Ａ １ Ｓ ｉ
鎏 溅
表 １ 测试深度为 ０ ． ５ ｐ ｚ ＇ ｎ的结果 重量百分比（ ％）
３ ． ９ ３ ６ ２ ． ０ ５ ６ ９ ２ ． ６ ２ ９ １ ． ３ ７ ８
羞
第 ３ ２ 卷 第１ 期
合质量。聚酰亚胺（ Ｐ — Ｉ ） 钝化保护层的成本低 ， 操 作简单 ， 但固化时易产生二次污染， 且不易用显微
镜观察到 ， 比如 固化炉 壁上 出现 的棕 黑 色污 染 物 ，
就是 Ｐ—Ｉ 挥发物对 固化炉壁长期污染 的结果 。
原 子百分 比（ ％）
声 波键 合 与热压 超声波键 合 。
Байду номын сангаас
（ １ ） 热压键合法 的原理是通过低温扩散 和塑 性流动的结合 ， 使原子发生接触 ， 导致固体扩散键 合 。在施加压力 的情况下， 许 多金属材料在低于
它们熔 点 的温度 下也 可 以和其它 金属 结合 。承受 压力 的部 位 ， 在一定的时间、 温 度 和压 力 的条 件 ， 接触 的表 面会发 生塑性 形 变和扩散 。塑 性形 变是 破 坏任何 接触 表 面所 必 需 的 ， 这样 才 能 使 金 属 的
合计
１ ０ ｏ ． ０ ｏ ０
１ ０ ｏ ． ｏ ｏ Ｏ
芯 片压 点 区除含 Ａ ｌ 、 Ｓ ｉ 外， Ｃ、 Ｍｇ的原子 百 分 比为 １ ０ ． ５ ８ ７ ％。
的键 合 ， 除非 把 压焊 功率 和压 力调 大 、 时 间延 长 ， 破 坏芯 片压点 中 的有 害杂 质 薄层 ， 才 能 使 芯 片压 点有 很好 的键合 。但这 种处 理方 法会 因为有 害杂 质层 厚度 的差别 而变 化 ， 稳 定 性 和一 致 性 都 比较 差 。因此 ， 要想 提高 引线键 合质 量 ， 就应 该彻 底 去
（ 北 方通 用 电子集 团有 限公 司微 电子部 蚌埠 摘
要 ：引线键合 是 集成 电路组 装 的一项 关键技 术 。根据 引线键合 工艺的 原理 ， 深入 分析 了芯 片 、
键合丝、 管壳、 工装、 工艺参数等方面对 引线键合的可靠性影响 ， 通过优化试验 ， 从机理和实际工作上提
出了几点 改进 措 施与 方法 ， 以提 高硅 铝 丝 引线键合 的质 量 。
３ 引线键 合 方 法 与形 式
３ ． １ 引线键 合的 方法
本 文通 过 对 硅 铝 丝 引 线 键 合 工 艺 技 术 的研 究， 分 析影 响 引线 键合 可靠 性 的各种要 素 ， 并提 出 相应对 策 ， 以使其 满足键 合 工艺 的高质 量 、 高可靠
性要求 。
引线键合 工艺 目前 可分 为 ３种 ： 热压键 合 、 超
第３ ２卷第 １ 期
２ ０ １ ４年 ３月
集 戡
遁 讯
Ｖ ｏ １ ． ３ ２ Ｎｏ ． １ Ｍ８ １ ＂ ． ２ ０ １ ４
Ｊ Ｉ ｃＨＥＮＧＤｌ ＡＮＬＵ Ｔ ＯＮＧＸＵＮ
硅 铝 丝 引 线 键 合 可 靠 性 分 析
吴 慧 张 乐银 张 盛 李 彪
２ ３ ３ ０ ４ ２ ）
关 键词 ： 硅 铝 丝 ；引线键 合 ；可 靠性
１ 引 言
随着集成 电路不断 向高性能方 向发展 ， 封装
技 术也 在不 断发 展 变化 ， 以适 应 半 导 体技 术新 工 艺和新 材料 的更 新 速 度 ， 对 元器 件 的可靠 性要 求 也越来越高 ， 在性 能上 除 了要 具 有 长 寿命 、 大 功 率、 高 频率 的特点 ， 还需 要具 有低功 耗 、 耐压 、 耐高 温、 耐低 温 ， 以及 在恶劣 环境 下 的适 应 能力 。在器 件 键合 质量上 就需 要提 出更 高 的要 求 。这就 要求 技术人 员要 深人 研 究 影 响键 合 质 量 的相 关 工 作 。 元器件 键合 点 的任 何 松动 和 脱 落 ， 都 会 导 致 电子 整 机 系统失灵 、 程 序错乱 或 目标丢 失 ， 后 果不 堪设 想 。可见 ， 控制元 器件 键 合 质 量 的可 靠 性 是 保证
表 面之 间融合 ， 从而形 成牢 固的焊 接 。
２ 引 线键 合 概述
引线 键合是 最 通 用 的 芯 片键 合 技术 ， 能 满 足
从消费类大型 电子产 品、 民用产品到军用产 品的 需求 ， 全球超过 ９ ６ ％的 Ｉ ｃ封装都是使用引线键
合 。在 引线键 合 前 ， 需 要采 用 粘 接 材 料将 半 导体 芯 片 的背面 与芯片 载体连 接起 来 。然后 借助 特殊 的键 合 工具 ， 用金 属丝 将集 成 电路 （ Ｉ ｃ） 芯 片 上 的