鍵合金線工藝技術(shù)及選型資料

RENESASGroupCONFIDENTIALBCH-GD-17862013年6月26日SGNEC組立技術(shù)部?材料技術(shù)Gr.承認(rèn)査閲作成丁偉

沈涵鍵合金線工藝技術(shù)及選型【基礎(chǔ)要素技術(shù)學(xué)習(xí)會(huì)用資料】2●鍵合金線的作用●鍵合金線的分類(lèi)及特性●鍵合金線的主要供應(yīng)商●鍵合金線的制造工藝流程(以田中杭州工廠為例)●鍵合金線常見(jiàn)異?！矜I合金線特性的檢查·測(cè)定方法●鍵合金線繞線方法簡(jiǎn)介及繞線長(zhǎng)度的選擇●鍵合金線線軸的分類(lèi)及簡(jiǎn)介●鍵合金線的選型方法●鍵合工藝簡(jiǎn)介●原NECEL開(kāi)發(fā)鍵合金線品名定義體系介紹●SGNEC使用鍵合金線命名體系及批號(hào)構(gòu)成定義介紹●2012年度SGNEC各品種金線采購(gòu)金額及比率●鍵合金線的價(jià)格構(gòu)成簡(jiǎn)介目錄3鍵合金線的作用SiSubstrateSiO2(IsolationLayer)SiO2(IsolationLayer)Al(1stLine)Al(2ndLine)SiN(PassivationLayer)ThroughHoleChipLFWire◆Au線：金線(金絲)◆Au線是芯片與外部電路連接的導(dǎo)體，是IC內(nèi)部PAD與外部電路連接的重要組成部分，機(jī)械強(qiáng)度是其重要參數(shù)。4鍵合金線的分類(lèi)及特性金線分類(lèi)純金線(4N系)?金的純度在99.99％以上合金線(2N系)?金線的純度在99％以上、不足99.99％<以Pd合金為代表>半導(dǎo)體分立部品和普通IC適用領(lǐng)域?qū)π刨?lài)性要求高的IC金材質(zhì)的特性①由于金不容易氧化，因此即使沒(méi)有特殊的氛圍氣，通過(guò)EFO放電可形成穩(wěn)定的初始球并實(shí)現(xiàn)接合的可能。②由于有良好的延展性，能夠吸收樹(shù)脂封入時(shí)及封入后產(chǎn)生的熱應(yīng)力。③具有良好的加工性。(現(xiàn)在，線徑在φ15um以下的極細(xì)線加工已經(jīng)變成可能)。④金具有良好的導(dǎo)電性。(導(dǎo)電率高)

⑤由于金具有優(yōu)良的耐腐蝕性，很難與水分及封入樹(shù)脂中的成分反應(yīng)。適用領(lǐng)域5鍵合金線的主要供應(yīng)商(2008年以前)(%)6鍵合金線的制造工藝流程(以田中杭州工廠為例)工藝流程概要7鍵合金線的制造工藝流程(以田中杭州工廠為例)鑄造室主要工藝流程工程內(nèi)主要控制點(diǎn)：外觀、重量、摻雜量工藝流程原材料(金純度：99.99％)提純說(shuō)明摻雜(微量元素添加)鑄造99.99％→99.999％99.999％→中國(guó)本地金使用純金系金線：99.99％合金系金線：99％7kg重、截面直徑35mm長(zhǎng)金棒制作在本工序金線的型號(hào)即被確定8第一伸線室主要工藝流程工程內(nèi)主要控制點(diǎn)：外觀、重量、缺陷管理工藝流程說(shuō)明壓延MMC線：大型壓延機(jī)(2KG-180R)↓10道壓延模具小型壓延機(jī)(CHW-AP-1012)↓↓缺陷檢查↓壓延后最終變成截面直徑為5.6mm粗的金棒TD線：一體式自動(dòng)卷壓延機(jī)(22道壓延模具)23道壓延模具(根據(jù)金線具體型號(hào)不同，為消除加工過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力，在第9道壓延時(shí)可能會(huì)追加進(jìn)行退火處理利用超聲波探傷儀檢測(cè)壓延后的金棒是否存在缺陷整體退火溫度：500℃、目的：消除壓延過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力粗伸線橫滾筒伸線機(jī)(HDG-48W)↓連續(xù)伸線機(jī)(WL-2)9道伸線模具、最終線徑：5.6mm→1.61mm20道伸線模具、最終線徑：1.590mm→0.338mm在本工序金棒最終被加工成線徑為0.338mm的金線鍵合金線的制造工藝流程(以田中杭州工廠為例)9鍵合金線的制造工藝流程(以田中杭州工廠為例)第二伸線室主要工藝流程工程內(nèi)主要控制點(diǎn)：金線表面外觀、空線軸表面外觀、線徑管控、熱處理(特性·蛇

形)、線頭固定膠帶、成品線整體確認(rèn)工藝流程說(shuō)明精伸線中間伸線機(jī)1(IC-FATO)+中間伸線機(jī)2(CHW-BP-5246)↓最終伸線機(jī)(IC-FATF)最終線徑：0.338mm→85.83um最終線徑：85.83mm→34.41um最終線徑：34.41um→最終客戶需求尺寸退火退火爐(SS-1)↓蛇形測(cè)定器去掉伸線過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力退火后測(cè)定金線是否有彎曲退火卷?yè)Q卷?yè)Q卷?yè)Q機(jī)(SM-1)退火后，為防止金線之間發(fā)生粘連，純水+75ppm的界面活性劑使用在本工序金線被加工成最終客戶所需求的線徑尺寸10鍵合金線的制造工藝流程(以田中杭州工廠為例)出貨管理室主要工藝流程工程內(nèi)主要控制點(diǎn)：外觀、特性檢查、包裝、信息確認(rèn)工藝流程說(shuō)明外觀·特性檢查每金線批1spool抽取、實(shí)施外觀·特性檢查外觀檢查：Max.45*實(shí)體顯微鏡·金線固定專(zhuān)用治具使用特性檢查：MG值測(cè)定·金純度及合金含有率測(cè)定·金線機(jī)械特性測(cè)定(破斷強(qiáng)度、延伸率)·卷繞狀態(tài)包裝機(jī)械特性測(cè)定出貨包裝、出貨在本工序檢查合格的成品線被包裝并出貨11鍵合金線的制造工藝流程(以田中杭州工廠為例)金線加工工藝的關(guān)鍵點(diǎn)◆摻雜(dopant)→金線機(jī)械性能控制例：Ca增加→強(qiáng)度增加

Be增加→金線高度及強(qiáng)度增加◆退火(annealing熱處理)→金線應(yīng)力處理三個(gè)重要的過(guò)程

·晶粒生長(zhǎng)·再結(jié)晶·恢復(fù)12鍵合金線的制造工藝流程(以田中杭州工廠為例)熱處理過(guò)程13鍵合金線的制造工藝流程(以田中杭州工廠為例)金線拉伸模具骨架粘接材InOut金剛石-平滑&硬度-倒角&間隙14鍵合金線常見(jiàn)異常OilremainedScratchIncompletesurfaceNormal15鍵合金線特性的檢查·測(cè)定方法線徑的測(cè)定方法一、從要測(cè)定的金線中切取60cm的試料60cm二、將該段試樣對(duì)折60cm金線對(duì)折16AB200mm四、如上圖所示，在金線拉直的情況下按A、B的順序切取200mm長(zhǎng)的試樣三、將試料的對(duì)折端固定在螺旋式固定旋鈕處注意：A.作業(yè)時(shí)不戴手套、指套。但作業(yè)前要用洗滌液洗手并烘干。

B.作業(yè)過(guò)程中，不要用很大的力扯金線，避免金線塑性變形。

C.先切斷A點(diǎn)，然后再切斷B點(diǎn)。

D.切斷方法：用鑷子扁平處摩壓刀口上的金線。線徑的測(cè)定方法鍵合金線特性的檢查·測(cè)定方法17鍵合金線特性的檢查·測(cè)定方法五、將兩段200mm長(zhǎng)的試樣分離六、多次將試樣對(duì)折、分別將兩段試樣揉成小團(tuán)試樣1試樣2試樣1試樣2七、用電子天平稱(chēng)出試樣1、2各自的重量，求平均值W注：如果要得到1.500mg的類(lèi)似最終結(jié)果，以METTLER天平為例，其顯示分度要求則需達(dá)到0.0001mg(0.1ug)。線徑的測(cè)定方法18鍵合金線特性的檢查·測(cè)定方法八、換算公式W=ρ×Pi()200D2××4×106D=√4×10×W÷Pi（）÷200÷ρ6D：線徑（um）W：?jiǎn)挝毁|(zhì)量（mg/200mm)Pi（）：圓周率（3.1415）ρ

：密度（g/cm3）線徑的測(cè)定方法19鍵合金線特性的檢查·測(cè)定方法MGQ20：ρ=19.32g/cm3D=√329.52305×W（um）MGA22：ρ=19.22g/cm3D=√331.23753×W（um）注1：1mil=25.4um1um=1÷25.4mil注2：主要元素單質(zhì)密度：

Au：ρ=19.32g/cm3Pd：ρ=12.16g/cm3（22℃）

注：各種產(chǎn)品密度(ρ)及線徑計(jì)算公式線徑的測(cè)定方法20鍵合金線特性的檢查·測(cè)定方法破斷強(qiáng)度及延伸率的測(cè)定方法10cm材質(zhì)：紙刻度線膠帶夾子拿取標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度紙帶將金線用膠帶粘在紙帶上使用剪刀將多余的線頭及膠帶剪掉做好的樣本夾在設(shè)備上，將紙帶剪斷金線21鍵合金線特性的檢查·測(cè)定方法測(cè)試用設(shè)備照片破斷強(qiáng)度及延伸率的測(cè)定方法22鍵合金線特性的檢查·測(cè)定方法破斷強(qiáng)度及延伸率的測(cè)定方法23鍵合金線特性的檢查·測(cè)定方法金線蛇形變的測(cè)定方法放大W規(guī)格：蛇形變＜2倍金線徑24鍵合金線繞線方法簡(jiǎn)介及卷繞長(zhǎng)度的選擇繞線方式1繞線方式2

方式普通順序卷繞法方式交叉卷繞法適用長(zhǎng)度100～500m適用長(zhǎng)度500m以上適用制品少Pin數(shù)適用制品多Pin數(shù)鍵合金線卷繞方法25鍵合金線繞線方法簡(jiǎn)介及卷繞長(zhǎng)度的選擇

在一般情況下，對(duì)于單位消耗金線量高的制品，為了提高作業(yè)效率并減少金線的更換頻度，應(yīng)該選擇單軸金線線長(zhǎng)比較長(zhǎng)的金線仕樣；對(duì)于單位消耗金線量低的制品，為了保證金線的使用品質(zhì)，應(yīng)盡量避免金線在鍵合機(jī)上停留過(guò)長(zhǎng)時(shí)間，因此,在進(jìn)行金線繞線長(zhǎng)度的選擇時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)以上列出的要點(diǎn)進(jìn)行綜合考慮，找到最好的平衡點(diǎn)。鍵合金線卷繞長(zhǎng)度的選擇在選擇金線卷繞長(zhǎng)度時(shí)的主要考慮要素：①本品種金線適用制品對(duì)于金線的單位消耗量→在一般情況下，單位消耗量高，應(yīng)該選擇單軸長(zhǎng)度長(zhǎng)的金線仕樣；單位消耗量低，應(yīng)該選擇單軸長(zhǎng)度短的金線仕樣。②鍵合作業(yè)中金線的更換頻度→應(yīng)盡量降低金線的更換頻度。③生產(chǎn)線上制品的品換頻度→特別是使用不同品種金線的制品間的品換頻度。26鍵合金線線軸的分類(lèi)及簡(jiǎn)介根據(jù)制造工藝、鍵合金線線軸可以分為導(dǎo)電性線軸和非導(dǎo)電性線軸兩種。導(dǎo)電性線軸的簡(jiǎn)單介紹防腐鋁處理

Ni電鍍

(法蘭外側(cè)及線軸內(nèi)部)

線軸的構(gòu)造及主要寸法介紹A：法蘭直徑(FlangeDiameter)B：管芯直徑(CoreDiameter)C：管芯內(nèi)徑(InternalDiameter)D：總寬度(OverallWidth)E：繞線寬度(WidthOverWindings)線軸表面仕樣：線軸表面要求著色均勻，平滑光潔，不得有毛刺、變形和妨礙金線自由下落的附著物；線軸形狀要求規(guī)則，尺寸準(zhǔn)確，不得超出指定的公差范圍。27鍵合金線線軸的分類(lèi)及簡(jiǎn)介線軸類(lèi)型主要材質(zhì)法蘭直徑管芯直徑管芯壁厚管芯內(nèi)徑總寬度mmmmmmmmmm2"-AL-DF(AL-2)鋁58.5±1.050.3±0.10.75±0.148.8+[0.2,-0]28.0±0.52"-AL-SF鋁58.5±1.050.3±0.10.75±0.148.8+[0.2,-0]27.25±0.52"-AL-DF-W(AL-4)鋁58.5±1.050.3±0.10.75±0.148.8+[0.2,-0]47.3±0.5根據(jù)線軸的尺寸、主要可分為以下3種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格：28鍵合金線的選型方法著眼項(xiàng)目要求性能初始球的形成性形狀·大小的誤差小、均一性良好1st點(diǎn)鍵合性壓著徑形狀的誤差小、均一性良好接合強(qiáng)度足夠大對(duì)電極PAD的破壞小2nd點(diǎn)鍵合性良好的連續(xù)作業(yè)性不會(huì)引起金線裂紋接合條件范圍較寬線弧良好的直進(jìn)性形狀的誤差小、均一性良好樹(shù)脂封入性抗沖擊性、線形良好、金線變形率小強(qiáng)度、信賴(lài)性具備充分的金線拉斷強(qiáng)度接合部的劣化少組立工藝對(duì)金線性能的基本要求29鍵合金線的選型方法初始球金線再結(jié)晶區(qū)域初始球形成過(guò)程中的再結(jié)晶區(qū)域(熱影響區(qū)HAZ)的介紹金線的機(jī)械特性由在常溫及高溫下(250℃)的破斷強(qiáng)度及延伸率來(lái)表征，例如線徑為25um的金線以在常溫下的破斷強(qiáng)度為8gf～13gf、延伸率為2％～9％，在高溫下的破斷強(qiáng)度為5.5gf以上、延伸率為0.5％以上作為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。初始球形成時(shí)，形成了如上圖所示的再結(jié)晶區(qū)域(Heataffectedzone、也被稱(chēng)為HAZ長(zhǎng))。再結(jié)晶區(qū)域的組織與原金線組織的特性不同，并且也已經(jīng)知道在區(qū)域內(nèi)存在硬度的分布。需要特別加以說(shuō)明的是金線在電氣放電時(shí)，在熱的影響下，從初始球開(kāi)始數(shù)百u(mài)m程度的金線區(qū)域發(fā)生再結(jié)晶被軟化，而球附近的區(qū)域會(huì)發(fā)生硬化變得更硬，因此，是有極小部分硬的再結(jié)晶區(qū)域存在的。并且，線弧形成時(shí)在硬度最小的部分是最大的彎曲量、硬度的分布和實(shí)際的線弧形狀的對(duì)應(yīng)應(yīng)該好好考慮。再結(jié)晶區(qū)域的長(zhǎng)度與金線中的添加物、制造工藝、線徑、放電條件等具有依存性，大體在100～400um的程度，長(zhǎng)度短的適用于低線弧，長(zhǎng)度長(zhǎng)的適用于中高線弧。30鍵合金線的選型方法鍵合后的金線硬度分布-金球部分31鍵合金線的選型方法鍵合后的金線硬度分布-金線部分32金線選型的著眼點(diǎn)主要著眼點(diǎn)：PADSize?Loop

height要求?Looplength范圍?初期金球徑的要求組立條件→對(duì)制品現(xiàn)行鍵合工藝條件的把握金線特性→對(duì)金線適用范圍的把握主要著眼點(diǎn)：HAZ的長(zhǎng)度?機(jī)械特性?元素構(gòu)成基本構(gòu)筑①★合適的HAZ長(zhǎng)度

?金線摻雜元素的變化可以改變金線HAZ的長(zhǎng)度金線種類(lèi)的確定金線分類(lèi)特征適用2N系金線HAZ范圍長(zhǎng)、強(qiáng)度較高中高Loop+長(zhǎng)Loop4N系金線HAZ范圍短、強(qiáng)度較低中低Loop+中短Loop②★選擇適合當(dāng)前制品Loopheight特征的金線，金線材質(zhì)角度考慮的最適化。③★選擇適合當(dāng)前制品Looplength特征的金線，金線材質(zhì)角度考慮的最適化。鍵合金線的選型方法33鍵合金線的選型方法HAT長(zhǎng)度VS線弧高度34鍵合工藝簡(jiǎn)介鍵合工藝的分類(lèi)鍵合形狀球形鍵合

楔形鍵合

接合方式熱壓著超聲波并用熱壓著超聲波壓著接合能量熱、壓力熱、壓力、超聲波壓力、超聲波鍵合溫度300～350℃100～250℃常溫鍵合工具劈刀劈刀楔形鋼嘴鍵合焊料種類(lèi)Au線、Au合金線、Ag合金線、Cu線Au線、Au合金線、Ag合金線、Cu線Al-Si線優(yōu)點(diǎn)對(duì)AlPAD的損傷小線弧方向性自由鍵合時(shí)間短線弧方向性自由常溫接合可能高接合信賴(lài)性缺點(diǎn)接合部容易劣化基板等的適用困難接合部容易劣化線弧方向性制約大鍵合時(shí)間長(zhǎng)適用主要PKGL/F系塑封產(chǎn)品L/F系塑封產(chǎn)品陶瓷封裝產(chǎn)品球形鍵合照片楔形鍵合照片35鍵合工藝簡(jiǎn)介超聲波并用熱壓著鍵合工藝36鍵合工藝簡(jiǎn)介超聲波并用熱壓著鍵合工藝加工點(diǎn)的SEM照片初始金球壓著金球(PAD側(cè))管腿接合部劈刀(工具)PAD側(cè)：在加熱狀態(tài)下，利用US(超聲波)、荷重以及劈刀，將放電形成的初始金球與AlPAD接合。37原NECEL品名體系制造商品名金線元素備注住友金屬礦山日鐵田中Au(wt%)主添加物UBSGA(3)－M299.99PPM程度的添加物(Ag、Ca等)SGNEC適用實(shí)績(jī)有UCSGA(4)－－99.99PPM程度的添加物(Be、Ca等)

UDS1K1GMB299.99PPM程度的添加物(Be、Cu等)SGNEC適用實(shí)績(jī)有UESGS－FA99.99PPM程度的添加物(Ag、Pd等)SGNEC適用實(shí)績(jī)有UFSGL(2)－－99.99PPM程度的添加物(Ca、Pd等)

UGHG-2－GPG99Pd:1%(GPG)、Pd：0.8%?Cu:0.1%(HG-2)SGNEC適用實(shí)績(jī)有UGAHG-7－GPG-299Pd：1±0.15%、Be：15ppm以下、Pd以外的微量添加物合計(jì)100ppm以下SGNEC評(píng)價(jià)實(shí)績(jī)有UHNL3－－99.99PPM程度的添加物(Pd、Ca等)

UJ－NT5－99.99PPM程度的添加物(Pd、Cu、Mg等)

UK－－GFB99.99PPM程度的添加物(Ca、Gd等)SGNEC適用實(shí)績(jī)有UN－－GFC-S99.99PPM程度的添加物(Be、La等)SGNEC適用實(shí)績(jī)有UR－－MGM1699.99PPM程度的添加物(Be等)SGNEC適用實(shí)績(jī)有原NECEL開(kāi)發(fā)鍵合金線品名定義體系介紹38SGNEC使用鍵合金線命名體系及批號(hào)構(gòu)成定義介紹命名體系定義○○

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①線徑②成分區(qū)分③特性區(qū)分④卷繞數(shù)量⑤部材區(qū)分⑥制造商區(qū)分⑦公差區(qū)分①②③④⑤定義示例23

U

G

5K

S

–T

0①線徑(表示單位：um)?23→23μm線徑②成分區(qū)分?U→Au③特性區(qū)分?大寫(xiě)英文字母表示(型號(hào)區(qū)分請(qǐng)參見(jiàn)Page37的list)④卷繞長(zhǎng)度(H：100m單位/K：1km単位)?5K→5000m/巻⑤部材區(qū)分?S→線材⑥制造商區(qū)分?T→田中⑦公差區(qū)分?5：±0.5um、3：±0.3um、0：±0.3um＋公差擴(kuò)大

①③④⑤②金線型號(hào)構(gòu)成→UG型⑥⑦⑥⑦39SGNEC使用鍵合金線命名體系及批號(hào)構(gòu)成定義介紹批號(hào)構(gòu)成定義定義○

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①制造工廠代碼②品種區(qū)分③制造年④制造月⑤熔解順序號(hào)①②③⑤示例P

T

05

1

001①制造工廠代碼?P→田中貴金屬杭州工廠②品種區(qū)分?T→Au線③制造年(取公歷年的最末2位)?05→2005年制造④制造月?1→1月份制造※1～9月用數(shù)字1～9表示，10、11、12月分別用字母A、B、C表示⑤熔解順序號(hào)(每月連號(hào))?001→本月熔解的第1號(hào)①②③④⑤④402012年度SGNEC各品種金線采購(gòu)金額及比率金線供應(yīng)商金線型號(hào)采購(gòu)數(shù)量(m)采購(gòu)金額(MRMB)田中(杭州)25UG17700005.50489123UG4600001.210423520UG850500016.67903518UG10410001.661271325UN1550000.50123723UN19100005.030606520UN3360000.153708合計(jì)1417700030.7411723住友(上海)25UG5400001.722791523UG2000000.539103合計(jì)7400002.2618945總計(jì)1491700033.0030668田中(杭州)與住友(上海)金線購(gòu)入金額比率田中(