引線鍵合詳解

1、打線鍵合（ Wire bonding）成都工業(yè)學(xué)院成都工業(yè)學(xué)院 微電子專(zhuān)業(yè)微電子專(zhuān)業(yè) 10241 07 10241 07 王倩王倩 第一章 概論 1.1 簡(jiǎn)介 1.2 工藝方法 1.2.1 超聲焊接 1.2.2 熱壓焊接 1.2.3 熱聲焊接 1.3 特點(diǎn)第二章 線材 2.1 純金屬 2.1.1 金絲 2.1.2 鋁絲 2.1.3 銅絲 2.2 金屬冶金系 2.2.1 Au-Au系 2.2.2 Au-Al 系 2.2.3 Au-Cu系 2.2.4 Au-Ag 系 2.2.5 Al-Al 系 2.2.6 Al-Ag 系 2.2.7 Al-Ni 系 2.2.8 Cu-Al 系 2.3 材料選擇 2

2、.3.1 引線 2.3.2 焊盤(pán)材料 2.4 選材要求 3.3 鍵合工具 3.3.1 楔形劈刀 3.3.2 毛細(xì)管劈刀 3.4 鍵合點(diǎn)設(shè)計(jì) 3.4.1 輸入因素3.5 鍵合參數(shù)3.6 鍵合評(píng)價(jià)3.7 細(xì)間距能力比較3.8 弧度走線方向第三章 鍵合 3.1 鍵合方式 3.1.1 球形鍵合 3.1.2 楔形鍵合 3.1.3 比較 3.2 鍵合設(shè)備第四章 失效 4.1 鍵合失效 4.1.1 焊盤(pán)清潔度 4.1.1.1 鹵化物 4.1.1.2 鍍層涂覆時(shí)的污染 4.1.1.3 硫 4.1.1.4 多種有機(jī)物污染 4.1.1.5 其他導(dǎo)致腐蝕或者破 壞可鍵合性的物質(zhì) 4.1.1.7 人為因素 4.1.2

3、 焊盤(pán)產(chǎn)生彈坑 4.1.3 鍵合點(diǎn)開(kāi)裂和翹起 4.1.3.1 開(kāi)裂原因 4.1.4 鍵合點(diǎn)尾部不一致 4.1.5 鍵合點(diǎn)剝離 4.1.6 引線框架腐蝕 4.2 可靠性失效 4.2.1 IMC的形成 4.2.1.1 原因 4.2.1.2 空洞形成 4.2.2 絲線彎曲疲勞 4.2.3 鍵合點(diǎn)翹起 4.2.4 鍵合點(diǎn)腐蝕 4.2.5 金屬遷移 4.2.6 振動(dòng)疲勞第五章 清洗 5.1 概述 5.2 清洗方法 5.2.1 等離子體清洗 5.2.2 紫外臭氧清洗第六章 應(yīng)用 6.1 范圍 6.2 實(shí)例第七章 未來(lái)發(fā)展第一章第一章 1.11.1 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 用金屬絲將芯片的I/O端與對(duì)應(yīng)的封裝引腳或者基板

4、上布線焊區(qū)互連,固相焊接過(guò)程,采用加熱、加壓和超聲能,破壞表面氧化層和污染,產(chǎn)生塑性變形,界面親密接觸產(chǎn)生電子共享和原子擴(kuò)散形成焊點(diǎn),鍵合區(qū)的焊盤(pán)金屬一般為Al或者Au等,金屬細(xì)絲是直徑為幾十到幾百微米的Au、Al或者Si-Al絲。1.21.2 工藝方法工藝方法超聲焊接超聲焊接:利用超聲波(60120KHz)發(fā)生器使劈刀發(fā)生水平彈性振動(dòng),同時(shí)施加向下的壓力。使得劈刀在這兩種力作用下帶動(dòng)引線在焊區(qū)金屬表面迅速摩擦,引線受能量作用發(fā)生塑性變形,在25ms內(nèi)與鍵合區(qū)緊密接觸成焊接。常用于Al絲的鍵合。鍵合點(diǎn)兩端都是楔形。熱壓焊熱壓焊:利用加壓和加熱,使得金屬絲與焊區(qū)接觸面的原子間達(dá)到原子的引力范圍,

5、從而達(dá)到鍵合目的?；搴托酒瑴囟冗_(dá)到約150C ,常用于金絲的鍵合,一端是球形,一端是且楔形,常用于金絲的鍵合。熱聲焊熱聲焊:用于Au和Cu絲的鍵合。它也采用超聲波能量,但是與超聲不同點(diǎn)的是:鍵合時(shí)要提供外加熱源、鍵合絲線無(wú)需磨蝕掉表面氧化層。外加熱量的目的是激活材料的能級(jí),促進(jìn)兩種金屬的有效連接以及金屬間化合物(IMC)的擴(kuò)散和生長(zhǎng)。1.3 歷史和特點(diǎn)歷史和特點(diǎn)1957年Bell實(shí)驗(yàn)室采用的器件封裝技術(shù),目前特點(diǎn)如下:已有適合批量生產(chǎn)的自動(dòng)化機(jī)器,鍵合參數(shù)可精密控制,導(dǎo)線機(jī)械性能重復(fù)性高速度可達(dá)100-125ms/互連(兩個(gè)焊接和一個(gè)導(dǎo) 線循環(huán)過(guò)程)間距達(dá)50 um 而高度可低于劈刀的改進(jìn)解

6、決了大多數(shù)的可靠性問(wèn)題根據(jù)特定的要求,出現(xiàn)了各種工具和材料可供選擇已經(jīng)形成非常成熟的體系第二章第二章2.1純金屬純金屬金絲金絲：廣泛用于熱壓和熱聲焊,絲線表面要光滑和清潔以保證強(qiáng)度和防止絲線堵塞,純金具有很好的抗拉強(qiáng)度和延展率,高純金太軟,一般加入約5-10 ppm 重量的Be或者30-100 ppm的Cu,摻Be的引線強(qiáng)度一般要比摻Cu的高10-20% 。鋁絲鋁絲：1. 純鋁太軟而難拉成絲,一般加入1% Si 或者1% Mg以提高強(qiáng)度。2. 室溫下1% 的Si 超過(guò)了在鋁中的溶解度,導(dǎo)致Si的偏析,偏析的尺寸和數(shù)量取決于冷卻數(shù)度,冷卻太慢導(dǎo)致更多的Si顆粒結(jié)集。Si顆粒尺寸影響絲線的塑性,第

7、二相是疲勞開(kāi)裂的萌生潛在位置。 3. 摻1%鎂的鋁絲強(qiáng)度和摻1% 硅的強(qiáng)度相當(dāng)。4. 抗疲勞強(qiáng)度更好,因?yàn)殒V在鋁中的均衡溶解度為2%,于是沒(méi)有第二相析出。銅絲：1.最近人們開(kāi)始注意銅絲在IC鍵合中的應(yīng)用, 2.便宜,資源充足, 3.在塑封中抗波動(dòng)(在垂直長(zhǎng)度方向平面內(nèi)晃動(dòng))能力強(qiáng), 4.主要問(wèn)題是鍵合性問(wèn)題, 5.比金和鋁硬導(dǎo)致出現(xiàn)彈坑和將金屬焊區(qū)破壞, 6.由于易氧化,要在保護(hù)氣氛下鍵合。2.22.2金屬冶金系金屬冶金系A(chǔ)u-Al 系系：1. 是最常見(jiàn)的鍵合搭配, 2. 容易形成AuAl金屬間化合物,如Au 5 Al 2(棕褐色), Au 4 Al (棕褐色),Au 2 Al (灰色), A

8、uAl (白色), and AuAl 2(深紫色), 3. AuAl 2即使在室溫下也能在接觸界面下形成,然后轉(zhuǎn)變成其他IMC,帶來(lái)可靠性問(wèn)題 4. 這些IMC晶格常數(shù)、機(jī)械、熱性能不同,反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生物質(zhì)移動(dòng),從而在交界層形成可見(jiàn)的柯肯達(dá)爾效應(yīng)(Kirkendall voids.),或者產(chǎn)生裂紋。Au-Cu 系系：1. 金絲鍵合到銅引腳上情形, 2. 三種柔軟的IMC相(Cu 3 Au, AuCu, 和Au 3 Cu)活化能在0.8到1電子伏特之間,它們?cè)诟邷?200-325oC)時(shí)候由于柯肯達(dá)爾效應(yīng)容易降低強(qiáng)度, 3. 強(qiáng)度的降低明顯取決于微觀結(jié)構(gòu)、焊接質(zhì)量和銅的雜質(zhì)含量, 4. 表面清潔度

9、對(duì)于可鍵合性以及可靠性至關(guān)重要,5. 另外如果有機(jī)聚合材料用于晶片的連接,那么聚合材料要在保護(hù)氣氛下固化以防止氧化。Au-Ag 系系：1. Au-Ag 鍵合系的高溫長(zhǎng)時(shí)間可靠性很好, 2. 無(wú)IMC形成且無(wú)腐蝕 3. 金絲鍵合到鍍銀的引腳上已經(jīng)使用多年 4. 硫的污染會(huì)影響可鍵合性 5. 常在高溫下(約250oC)進(jìn)行熱聲鍵合,以分離硫化銀膜而提高可鍵合性。Al-Ag 系系：1. Ag-Al 相圖非常復(fù)雜,有很多IMC, 2. 柯肯達(dá)爾效應(yīng)容易發(fā)生,但是在工作溫度以上, 3. 實(shí)際很少使用這種搭配,因?yàn)橄嗷U(kuò)散和濕度條件下的氧4. 氯是主要的腐蝕元素,5. 鍵合表面必須要用溶劑清洗.然后用硅膠

10、防護(hù)。Al-Ni 系系：1. Al-Ni鍵合使用直徑大于75m的Al線, 以避免發(fā)生柯肯達(dá)爾空洞效應(yīng)。2. 應(yīng)用于高溫功率器件,如航行器的葉片。3. 對(duì)于鍵合區(qū),多數(shù)情況下Ni是通過(guò)硼化物或者磺胺溶液化學(xué)鍍沉積的,而化學(xué)鎳磷鍍會(huì)引入6 至8% 的磷而影響可靠性,但是Ni的氧化也會(huì)產(chǎn)生可鍵合性的問(wèn)題。鍍Ni的鍵合應(yīng)該進(jìn)行化學(xué)清洗。 Au-Au 系系：1. 金絲線與金焊盤(pán)鍵合最可靠, 2. 沒(méi)有界面腐蝕和金屬間化合物形成,3. 即使進(jìn)行冷超聲也能形成鍵合, 4. 熱壓和熱聲焊很容易進(jìn)行,5. 表面污染嚴(yán)重影響熱壓焊的可鍵合性Al-Al 系：系：1. 極其可靠,無(wú)IMC,無(wú)腐蝕, 2. 超聲鍵合更好

11、Cu-Al 系系：1. 在富銅的一邊,會(huì)有5種IMC形成,于是失效和Au-Al系相似。2. 但是IMC的生長(zhǎng)較慢,無(wú)柯肯達(dá)爾效應(yīng)。3. 但是由于脆性相CuAl 2生長(zhǎng),剪切強(qiáng)度在150-200oC 會(huì)降低。4. 在300-500oC, 鍵合強(qiáng)度顯著降低,由于總的IMC厚度增加。5. 銅氧化物層的存在會(huì)提高可靠性。6. 氯的污染會(huì)導(dǎo)致腐蝕2.3 2.3 鍵合材料選擇包括引線、鍵合材料選擇包括引線、ICIC金屬焊區(qū)和引腳的焊盤(pán)。金屬焊區(qū)和引腳的焊盤(pán)。引線引線：材料、絲線直徑、電導(dǎo)率、剪切強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、柏松比、,硬度、熱膨脹系數(shù)等是關(guān)鍵因素。焊盤(pán)材料焊盤(pán)材料：電導(dǎo)率、可鍵合性、形成IMC

12、和柯肯達(dá)爾效應(yīng)傾向、硬度、抗腐蝕能力、熱膨脹系數(shù)2.42.4選材要求選材要求絲線材料必須是高導(dǎo)電的,以確保信號(hào)完整性不被破壞。球形鍵合的絲線直徑不要超過(guò)焊盤(pán)尺寸的1/4 ,楔形則是1/3 ,鍵合頭不要超過(guò)焊盤(pán)尺寸的3/4 。焊盤(pán)和鍵合材料的剪切強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度很重要,屈服強(qiáng)度要大于鍵合中產(chǎn)生的應(yīng)力。鍵合材料要有一定的擴(kuò)散常數(shù),以形成一定的IMC,定的焊接強(qiáng)度,但是不要在工作壽命內(nèi)生長(zhǎng)太多:鍵合焊盤(pán)要控制雜質(zhì),以提高可鍵合性,鍵合表面的金屬沉積參數(shù)要嚴(yán)格控制,并防止氣體的進(jìn)入。絲線和焊盤(pán)硬度要匹配:如果絲線硬度大于焊盤(pán),會(huì)產(chǎn)生彈坑;若小于焊盤(pán),則容易將能量傳給基板。第三章第三章3.1鍵合方式鍵合方

13、式球形鍵合球形鍵合一般弧度高度是150 um 。 弧度長(zhǎng)度要小于100倍的絲線直徑。鍵合頭尺寸不要超過(guò)焊盤(pán)尺寸的3/4。一般是絲線直徑的2.5到5倍,取決于劈刀幾何現(xiàn)狀和運(yùn)動(dòng)方向。球尺寸一般是絲線直徑的2到3倍,細(xì)間距約1.5倍,大間距為3 到4倍。楔形鍵合楔形鍵合即使鍵合點(diǎn)只大于絲線2-3 mm 也可形成牢固的鍵合。焊盤(pán)尺寸必須支持長(zhǎng)的鍵合點(diǎn)和尾端。焊盤(pán)長(zhǎng)軸必須在絲線的走向方向。焊盤(pán)間距因該適合于固定的鍵合間距。比較比較楔形鍵合：楔形鍵合：其穿絲是通過(guò)楔形劈刀背面的一個(gè)小孔來(lái)實(shí)現(xiàn)的,金屬絲與晶片鍵合區(qū)平面呈3060的角度,當(dāng)楔形劈刀下降到焊盤(pán)鍵合區(qū)時(shí),劈刀將金屬絲按在其表面,采用超聲或者熱聲

14、焊而完成鍵合。球形鍵合：球形鍵合：將鍵合引線垂直插入毛細(xì)管劈刀的工具中,引線在電火花作用下受熱成液態(tài),由于表面張力的作用而形成球狀,在攝像和精密控制下,劈刀下降使球接觸晶片的鍵合區(qū),對(duì)球加壓,使球和焊盤(pán)金屬形成冶金結(jié)合完成焊接過(guò)程,然后劈刀提起,沿著預(yù)定的軌道移動(dòng),稱作弧形走線,到達(dá)第二個(gè)鍵合點(diǎn)(焊盤(pán))時(shí),利用壓力和超聲能量形成月牙式焊點(diǎn),劈刀垂直運(yùn)動(dòng)截?cái)嘟饘俳z的尾部。這樣完成兩次焊接和一個(gè)弧線循環(huán)。3.2鍵合設(shè)備：鍵合設(shè)備：鍵合速度不斷提高、間距不斷減小,操作穩(wěn)定性提高。楔形和球形鍵合速度分別可達(dá)4 wires/sec 和10 wires/second很多分析設(shè)備用于優(yōu)化鍵合劈刀的性能,精密

15、圖象處理系統(tǒng)使其能夠進(jìn)行精確定位，已經(jīng)出現(xiàn)了全自動(dòng)化的設(shè)備。在20分鐘內(nèi)就可以完成少量的工具和軟件的調(diào)整以適應(yīng)不同的產(chǎn)品。3.33.3鍵合工具劈刀鍵合工具劈刀劈刀常常是通過(guò)氧化鋁或者碳化鎢進(jìn)行粉末燒結(jié)而成。對(duì)于一些單一用途的工具,也可以用玻璃、紅寶石和碳化鈦來(lái)代替。毛細(xì)管劈刀描述：主要任務(wù):具備一個(gè)內(nèi)斜面以形成第一個(gè)鍵合點(diǎn),一個(gè)合理設(shè)計(jì)而又光滑的孔適合弧度的形成,具有一個(gè)尖的外圓面以便于第二鍵合點(diǎn)的截?cái)嘈ㄐ捂I合機(jī)手工鍵合機(jī)劈刀特點(diǎn)- I.C. (內(nèi)斜面)非常重要的參數(shù)。影響自由空氣聚集和第一鍵合點(diǎn)的壓制半徑。同時(shí)也影響弧度的形成,以保證光滑的絲線傳送。內(nèi)斜面角度：90 degrees（如圖）和

16、底面角度為0或者4度時(shí)配合可以優(yōu)化第二鍵合點(diǎn)的截?cái)?適合于非常小底第一鍵合點(diǎn)要求。120 degrees（如圖）提高對(duì)第一鍵合點(diǎn)的黏附作用解決彎曲翹起，和底面角8度配合可以優(yōu)化鍵合點(diǎn)形狀。內(nèi)斜面形狀：低拖動(dòng)面(L.D.)適合較長(zhǎng)的弧度軌跡較低而精確的弧度軌跡 雙內(nèi)斜面：最標(biāo)準(zhǔn)最常用的劈刀斜面F.A. (底面角)底面角度影響:第二鍵合點(diǎn)的形狀和強(qiáng)度第二鍵合點(diǎn)的截?cái)? degree：配合90度的內(nèi)斜面角度具有很好的導(dǎo)線截?cái)嗄芰?一般不用于柔軟的材料如陶瓷或者電路板上的薄膜.不宜采用大的鍵合頭。底面角4 degree：專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于解決8度或者0度的問(wèn)題,建議使用小的鍵合頭8 degree ：一般用途

17、,很好的第二鍵合點(diǎn)絲線截?cái)嗄芰?5 degree： 僅僅用于熱壓焊,使用較少.鍵合頭直徑(T)：主要影響第二鍵合點(diǎn)的強(qiáng)度,在允許的范圍內(nèi)應(yīng)該盡可能大,小鍵合頭適合于較密(細(xì)間距)鍵合,小鍵合頭適合于手工操作。鍵合頭鍍層：光滑涂層較長(zhǎng)的使用壽命,要進(jìn)行拋光,使得第二鍵合點(diǎn)光亮, 減少金屬的殘留和聚集粗糙的涂層僅僅內(nèi)斜面拋光,第二鍵合點(diǎn)強(qiáng)度高,第一鍵合點(diǎn)光亮提高超聲能作用錐體角度(C.A.)主要影響到達(dá)鍵合位置的能力,尤其是細(xì)間距情況下以及到達(dá)第二點(diǎn)的距離。30/20 degree C.A平頸劈刀長(zhǎng)度：標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為0.375 和0.437“,后者允許更深的接觸,較小的長(zhǎng)度公差可保證較好的超聲反應(yīng)3.

18、4 3.4 鍵合點(diǎn)設(shè)計(jì)鍵合點(diǎn)設(shè)計(jì)引線彎曲疲勞、鍵合點(diǎn)剪切疲勞、相互擴(kuò)散、柯肯達(dá)爾效應(yīng)、腐蝕、枝晶生長(zhǎng)、電氣噪聲、振動(dòng)疲勞、電阻改變、焊盤(pán)開(kāi)裂是要考慮的方面。其輸入因素輸入因素有:芯片技術(shù)、材料和厚度,鍵合焊盤(pán)材料、間距、尺寸,時(shí)鐘頻率、輸出高或者低電壓,每單位長(zhǎng)度的最大允許互連電阻,最大的輸出電容負(fù)載,晶體管導(dǎo)電電阻,最大的互連電感。球形鍵合球形鍵合一般弧度高度是150 um ?；《乳L(zhǎng)度要小于100倍的絲線直徑。鍵合頭尺寸不要超過(guò)焊盤(pán)尺寸的3/4。一般是絲線直徑的2.5到 5倍,取決于劈刀幾何現(xiàn)狀和運(yùn)動(dòng)方向。球尺寸一般是絲線直徑的2到3倍,細(xì)間距約1.5倍,大間距為3 到4倍。楔形鍵合楔形鍵合

19、即使鍵合點(diǎn)只大于絲線2-3 mm 也可形成牢固的鍵合。焊盤(pán)尺寸必須支持長(zhǎng)的鍵合點(diǎn)和尾端。焊盤(pán)長(zhǎng)軸必須在絲線的走向方向。焊盤(pán)間距因該適合于固定的鍵合間距。3.53.5鍵合參數(shù)鍵合參數(shù)u鍵合力和壓力的一致性。u鍵合溫度。u鍵合時(shí)間。u超聲能的功率和頻率。鍵合抗拉強(qiáng)度與形變寬度以及超聲能功率的關(guān)系3.63.6鍵合評(píng)價(jià)鍵合評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)方法列于標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-833.u內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況的檢測(cè)(Method 2010; 測(cè)試條件A 和Bu信號(hào)延遲測(cè)試(Method 3003)u鍵合點(diǎn)破壞拉力測(cè)試(Method 2011)u鍵合點(diǎn)非破壞拉力測(cè)試(Method 2023)u鍵合球的剪切測(cè)試u加速測(cè)試(Method

20、 2001; )u自由振動(dòng)測(cè)試(Method 2026)u機(jī)械沖擊(Method 2002)u恒溫烘烤(Method 1008)u潮氣吸附測(cè)試(Method 1004)3.7細(xì)間距能力比較細(xì)間距能力比較40-m 焊盤(pán)間距時(shí)球形和楔形鍵合第一鍵合點(diǎn)比較3.83.8弧度走線方向弧度走線方向(A) 第一點(diǎn)為球形,絲線走向無(wú)限制。(B) 第一點(diǎn)為楔形,絲線走向只能按一定角度平行于焊盤(pán)。(C) 旋轉(zhuǎn)的鍵合頭可使得第一點(diǎn)為楔形,而走線可在一段長(zhǎng)度后改變方向。第四章第四章4.14.1鍵合失效鍵合失效焊盤(pán)清潔度焊盤(pán)清潔度鹵化物:等離子刻蝕、等粒子清洗、環(huán)氧物、刻蝕掩膜的殘留、溶劑(TCA, TCE,以及四氯化

21、碳等)。鍍層層涂覆時(shí)的污染:鉈, 光亮劑、鉛、鐵、鉻、銅、鎳、氫等。硫: 包裝容器、周?chē)鷼夥铡⒓埌?、橡膠。多種有機(jī)污染: 環(huán)氧污物、刻蝕掩膜等。其他導(dǎo)致腐蝕或者破壞可鍵合性的物質(zhì): 鈉、鉻、磷、鉍、鎘、潮氣、玻璃、氮、碳、銀、錫等很多人為因素:身體上的小顆粒。焊盤(pán)產(chǎn)生彈坑焊盤(pán)產(chǎn)生彈坑(Cratering)這是一種超聲鍵合中常見(jiàn)的一種缺陷,指焊盤(pán)金屬化下面的半導(dǎo)體玻璃或者其他層的破壞。像一塊草皮形狀,更一般的是難以肉眼看得見(jiàn)。它會(huì)影響電性能。原因有多種:過(guò)高的超聲能導(dǎo)致Si晶格點(diǎn)陣的破壞積累。太高或者太低的鍵合壓力(wedge)。球太小導(dǎo)致致硬的鍵合頭接觸了焊盤(pán)1-3 微米厚的焊盤(pán)發(fā)生破壞的可能

22、性小,小于0.6微米厚的焊盤(pán)容易破壞。絲線和焊盤(pán)硬度匹配可達(dá)到最優(yōu)的效果。在Al的超聲鍵合中,絲線太硬容易導(dǎo)致彈坑的產(chǎn)生。鍵合點(diǎn)開(kāi)裂和翹起：鍵合點(diǎn)開(kāi)裂和翹起：鍵合點(diǎn)的后部過(guò)分地被削弱,而前部過(guò)于柔軟會(huì)導(dǎo)致開(kāi)裂。在弧度循環(huán)中絲線太柔軟也是一個(gè)導(dǎo)致這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。這種開(kāi)裂常常發(fā)生在Al楔形鍵合第一點(diǎn)和球形鍵合的第二點(diǎn)。開(kāi)裂原因開(kāi)裂原因使用的截?cái)喙ぞ咛?。?duì)位工具的移動(dòng)。當(dāng)鍵合頭提起時(shí)候機(jī)器的振動(dòng)。過(guò)度的變形(Too steep an ascent to loop height)。第一鍵合點(diǎn)完成后工具移動(dòng)太太。鍵合的弧度太高,如果第二鍵合點(diǎn)低于第一點(diǎn),開(kāi)裂現(xiàn)象會(huì)加劇。鍵合點(diǎn)尾部不一致鍵合點(diǎn)尾部不

23、一致絲線的通道不不干。絲線的進(jìn)料角度不對(duì)。劈刀有部分堵塞。絲線線太太。不不確地絲線線距或者線力。絲線張力不對(duì)。尾部太短會(huì)導(dǎo)致鍵合力加在過(guò)小的面積上,產(chǎn)生較大的變形;太長(zhǎng)又會(huì)導(dǎo)致焊盤(pán)間的短路。鍵合點(diǎn)剝離：鍵合點(diǎn)剝離：當(dāng)鍵合頭將絲線部分拖斷而不是截?cái)嗟臅r(shí)候會(huì)發(fā)生這種情況。常常由于工藝參數(shù)選擇不對(duì)或者是工具已經(jīng)老化失效的原因。引線框架腐蝕引線框架腐蝕1. 鍍層污染過(guò)多和較高的殘余應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致這種腐蝕。例如42號(hào)合金或者銅上鍍Ni就會(huì)發(fā)生中問(wèn)題。2. 在組裝過(guò)程中,引腳彎曲會(huì)產(chǎn)生裂紋,并暴露在外部腐蝕條件下,同時(shí)應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致的裂紋也會(huì)萌生,尤其是對(duì)42號(hào)合金。3. 在一定的溫度、濕度、和偏壓下,腐蝕就會(huì)

24、因污染、鍍層中的孔隙等而發(fā)生。4. 電流腐蝕會(huì)很厲害,因?yàn)橐€鍍層對(duì)于基體金屬而言是陰極。5. 最敏感的地方是引腳和模壓化合物的界面。4.2可靠性失效可靠性失效IMC的形成的形成原因原因：金屬間化合物一般包含2種以上的金屬元素。它隨著時(shí)間和溫度的增加而長(zhǎng)大,容易導(dǎo)致機(jī)械和電性能的破壞。主要原因是柯肯達(dá)爾空洞和IMC的生長(zhǎng)密切相關(guān)?？斩丛阪I合點(diǎn)下面會(huì)導(dǎo)致電阻的升高和弱化機(jī)械強(qiáng)度。1. IMC在室溫下就能形成,柯肯達(dá)爾效應(yīng)一般要高溫例如Au-Al系在300-400oC下1小時(shí)。如果鍵合效果較好就很難在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)生這種效應(yīng)而破壞性能。2. 這種空洞是鍵合中空位的聚集、濃縮而成的。空位有2個(gè)來(lái)源,一

25、是原來(lái)金屬得晶格點(diǎn)陣本身就帶有空位,二是某一固定區(qū)域擴(kuò)散的不平衡(原子進(jìn)入和逸出數(shù)目不等)。3. 雜質(zhì)和不同的熱膨脹會(huì)加劇空洞的形成:高溫產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致微裂紋的產(chǎn)生,在后續(xù)的時(shí)效過(guò)程中,微裂紋成為空位的集聚地,從而加大空洞的形成。由于雜質(zhì)的溶解度小,便在擴(kuò)散的前端聚集,成為空位的形核位置。絲線彎曲疲勞：絲線彎曲疲勞：鍵合點(diǎn)根部容易發(fā)生微裂紋。器件在使用中,這種微裂紋在絲線的膨脹和收縮下會(huì)沿絲線擴(kuò)展。絲線的彎曲會(huì)導(dǎo)致鍵合點(diǎn)根部應(yīng)力的反轉(zhuǎn),最后導(dǎo)致疲勞失效。而且這種彎曲會(huì)在器件使用的熱循環(huán)中反復(fù)發(fā)生。Al的熱聲焊比熱壓焊在這方面更可靠。含0.1% 鎂的鋁比含1%硅的Al絲在這方面效果好的多?；?/p>

26、度的高度最好小于兩個(gè)鍵合點(diǎn)距離的25% 以減少絲線的彎曲。鍵合點(diǎn)翹起：鍵合點(diǎn)翹起：鍵合過(guò)程中,鍵合點(diǎn)的頸部容易發(fā)生斷裂,導(dǎo)致電氣失效。金屬鉈是主要原因,它與金形成低熔點(diǎn)共晶,并向絲線傳遞。鉈很容易擴(kuò)散到晶界而聚集. 在塑封溫度循環(huán)中,頸部斷裂。球形的破裂也會(huì)導(dǎo)致鍵合點(diǎn)翹起。鍵合點(diǎn)腐蝕鍵合點(diǎn)腐蝕1. 腐蝕容易導(dǎo)致電氣短路和斷路。2. 腐蝕是在潮氣和污染條件下發(fā)生的。3. 例如鹵素的存在會(huì)導(dǎo)致金屬鹽的形成而發(fā)生腐蝕。4. 腐蝕會(huì)增加結(jié)合點(diǎn)的電阻。金屬遷移金屬遷移1. 從鍵合焊盤(pán)處的枝晶生長(zhǎng)是IC的一種失效機(jī)制。2. 本質(zhì)上這是一種電解過(guò)程:在金屬、聚集的水、離子群以及偏壓的存在下,金屬離子從陽(yáng)極區(qū)

27、遷移到陰極區(qū)。3. 這種遷移現(xiàn)象導(dǎo)致臨近區(qū)域的電流泄漏以及短路。4. Ag的遷移最常見(jiàn),但在一定條件下,Pb, Sn, Ni, Au和Cu也可能發(fā)生。振動(dòng)疲勞振動(dòng)疲勞1. 振動(dòng)力一般不足以產(chǎn)生失效破壞,但大元件有時(shí)會(huì)發(fā)生。2. 對(duì)于Au鍵合,能導(dǎo)致失效反應(yīng)的最小頻率為3到5 kHz 。3. 對(duì)于Al鍵合,能導(dǎo)致失效反應(yīng)的最小頻率為10 kHz 。4. 一般地,振動(dòng)疲勞導(dǎo)致的失效發(fā)生在超聲清洗中,建議頻率為20到100 kHz 。第五章第五章 清洗清洗5.15.1概述：概述：為了保證很好的鍵合性和可靠性,材料的表面污染是個(gè)極其重要的問(wèn)題,則清洗至關(guān)重要5.25.2清洗方法清洗方法 常用的清洗方法有:分子清洗、等離子體清洗和紫外-臭氧清洗。 Cl-和F-很難被這些方法清洗,因?yàn)槭腔瘜W(xué)結(jié)合,于是各種溶劑清洗技術(shù)如氣相氟碳化合物、去離子水等可選用。a) a) 等離子體清洗：等離子體清洗：1. 使用高射頻(IR)功率將氣體轉(zhuǎn)換為等離子體,高速的氣體離子沖擊鍵合表面,要么和污染物結(jié)合,要么破壞