铜线键合中金属焊盘键合深度研究

论文摘要

电子封装技术的进步，促使微芯片的内连技术向低成本高质量发展。铜线键合因其价格优势取代金线成为发展趋势，而因为铜线和金线属性的差异，使得铜线键合在现有工艺中存在着键合过深使器件可靠性降低的问题。本文从键合工艺的控制以及键合因素两方面开展工作，研究了铜线键合中金属焊盘键合深度的问题。本工作从引线键合技术出发，对铜引线键合技术进行了详细的阐述和分析，介绍了引线键合的主要工艺和铜线键合的工艺变化。在实验数据的收集方面，通过对样品进行截面研磨后测量金属焊盘键合深度，并研究出针对铜线键合中铝焊盘键合深度观测的研磨方法，实现了数据测量的稳定性和真实性。在对材料特性、键合原理和力学原理的分析的基础上，开展了如下的研究工作：1.在键合工艺方面，分析了键合力、超声、时间和键合时序因素，按照正交试验法进行试验，并利用极差法和趋势图对实验数据进行了分析，结果表明搜寻力、键合力、超声和作用时间是影响键合深度的主要参数。利用趋势图对分步键合的搜寻力、键合力和超声进行定性分析，讨论了它们与铝焊盘键合深度的关系。最终通过实验设计对参数进行优化。并再此基础上提出了大键合力配合小键合超声的新工艺，从而有效的控制了铜线键合中金属焊盘键合深度的问题。2.在键合因素方面，从设备和材料两方面着手，讨论了铜线、劈刀几何尺寸、超声系统、铜线熔球条件对铝焊盘键合深度的影响。对于铜线键合中金属焊盘键合深度的有效控制，避免了键合过程铜球击穿焊盘破坏硅衬底或电路，实现了铜线在薄芯片、多层焊盘结构、低K介质和有源电路(BOAC)芯片上的应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 研究的意义
• 1.2 本领域研究的发展态势
• 1.3 研究内容
• 1.4 研究方法
• 1.5 本章小结
• 第二章 铜线键合技术的分析
• 2.1 铜线键合及工艺分析
• 2.2 焊盘键合深度失效分析
• 2.3 金属的塑性形变
• 2.4 键合机理
• 2.5 本章小结
• 第三章 实验仪器及样品制备
• 3.1 设备和材料
• 3.2 制样与测量
• 3.3 铜线键合中金属铝焊盘键合深度
• 3.4 本章小结
• 第四章 铜线键合中工艺金属焊盘对键合深度的影响研究
• 4.1 搜寻阶段对键合深度的影响
• 4.2 键合力对键合深度的影响
• 4.3 键合过程中超声对键合深度的影响
• 4.4 键合时序对金属焊盘键合深度的影响
• 4.4.1 分段键合
• 4.4.2 搜寻阶段
• 4.4.3 第一阶段键合
• 4.4.4 第二阶段键合
• 4.4.5 小结
• 4.5 分步键合中主要因素分析
• 4.5.1 压力与铝焊盘键合深度的关系
• 4.5.2 超声与铝焊盘键合深度的关系
• 4.5.3 键合球直径与铝焊盘键合深度的关系
• 4.5.4 实验小结
• 4.6 部分因数实验一
• 4.7 部分因数实验二
• 4.8 本章小结
• 第五章 铜线键合中因数对金属焊盘键合深度的影响研究
• 5.1 铜线对金属焊盘键合深度的影响
• 5.2 劈刀几何尺寸对金属焊盘键合深度的影响
• 5.3 加热块温度对金属焊盘键合深度的影响
• 5.4 超声系统对金属焊盘键合深度的影响
• 5.5 电子打火系统对金属焊盘键合深度的影响
• 5.6 保护气体流量对金属焊盘键合深度的影响
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献