铜丝键合工艺在微电子封装中的应用

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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。

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。

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。

微电子器件封装铜线键合可行性分析

摘
要：虽然在集成电路封装工艺中金导线键合是主流制程，但是目前采用铜导线替代金导线键合
已经在半导体封装领域形成重要研究趋势。文章对微电子封装中铜导线键合可行性进行了分析，主
要包括铜导线与金导线的性能比较（包括电学性能、物理参数、机械参数等），铜导线制备和微组
织结构分析，铜导线焊合中的工艺研发及铜导线焊合可靠性分析等。当今半导体生产商关注铜导线不仅是因为其价格成本优势，更由于铜导线具有良好的电学和机械特性，同时文中也介绍了铜导线
键合工艺存在的诸多问题和挑战，对将来铜导线在集成电路封装中的大规模应用和发展具有一定的
ｉｃｄｎｅｐｒｒｎｅｃｍｐｒｏｆｅｃｐｅｗｉｎｏｄｗｒｉｃｄｎｌｔｃｌｒｐｒｅｎｌｉｇｔｅｏｍａｃｏａｉｎｏｏｐｒｒａｄｇｌｉｎｌｉｇｅｅｒａｐｏｅｉｓ，ｕｈｆｓｈｔｅｅ（ｕｃｉｔ
ｓｕｔｒｎｌｓｓｃｐｅｒｌｉｇｐｏｅｓＲ＆Ｄｎｏｐｒｒｏｄｒｄｔｅｒｌｂｌｎｌｓｓｔｃｕｅａａｙｉ．ｏｐｒｒｗｉｗｅｄｎｒｃｓｅａｄｃｐｅｅｓｌｅｅｔｅｉｉｔａａｙｉ．ｗｉｏｈａｉｙ
ＴｄｙＳｓｍｉｏｄｃｏａｕａｔｒｒｏｃｒｅｂｕｅｃｐｅｒｓｎｏｎｙａｃｔａａｔｇｅａｅｏａ ’ ｅｃｎｕｔｒｍｎｆｃｕｅｓｃｎｅｎｄａｏｔｔｏｐｒｗｉｅｉｔｏｌｏｓｄｖｎａｅｂｃｕｓｈｏｔｒｃ，ｂｌｏｂｅａｅｏｈｅｃｐｐｒｗｉｅｈａｏｌｃｒｃｌａｄｍｅｈａｃｌｐｏｒｉｓｆｉｓｐｉｅｕｔａｓｃｕｓｆｔｏｅｒｓａｇｏｄｅｅｔｉａｎｃｎｉａｒｐｅｔｅ，Ｔｈｓｉｐａｒａｓｅｃｉｓｔｒｂｅｓａｄｃｌｎｇｓｅｓｉｇｃｐｒｗｉｅｂｏｄｎｒｃｓ，ｅｃｐｅｒｓｐｅｌｏｄｓｒｂｅｈｅｐｏｌｍｎｈａｌｅｅｘｉｔｎｏｐｅｒｎｉｇｐｏｅｓｔｏｐｒｗｉｅｈａｐｉａｉｎａｄｄｖｌｐｅｔｏｅＩｐｃａｅｈｓｍｏｅｓｇｉｃｎｅｉｈｕｅｐｌｃｔｎｅｅｏｍｎｆｈＣａｋｇａｒｉｎｆａｃｔｅｆｒ．ｏｔｉｎｕｔＫｅｒｓｐｃａｉｇ；ｒｏｄｎ；ｉｅｂｎｉｇｙｗｏｄ：ａｋｇｎＣｕｗｉｅｂｎｉｇＡｕｗｒｏｄｎ

探究功率晶体管封装中铜丝键合工艺的可靠性

要的作用，是芯片与铜线之间的连接点，因此键合铝层的质
量直接影响到芯片的输出稳定性。在键合过程中金属球产生
的冲击力力主要由铝层吸收，以此保障焊接后芯片与框架引
脚具有良好的导电性且铝层下的硅片不会被焊球破坏。
铜线在芯片上的焊接如图1所示
图1 铜线在芯片上的焊接
铜线材质较金线材质硬度大，因此想要降低金属球对
作环境温度以及键合压力都有严格的要求。如果在键合过程中环境温度没有达到金属的熔点，就会导致在键合后无法得到金属间化合物。
此外，球焊键合的可靠性主要受到焊点的金属间化合物的生长状态所影响。在键合过程中，焊盘与键合之间形成一定数量的金属间化合物，但是一旦金属间化合物的数量过多，就会造成电阻增加，进而导致焊点位置热量增加。而焊点位置温度上升反而会加快金属间化合物的生长速度，再次增加电阻。这种恶性循环会导致焊点的失效。因此金属间化合物对于铜丝键合的可靠性有着关键性的作用。
金属间化合物的数量增加会提升电阻主要是由于金属化合物的电阻能力分别高于化合物中的两种金属电阻能力。此外将两种金属焊接在一起时，其中一种金属会朝着另一种金属进行快速扩散，而两种金属的扩散速度并不相同，这就导致在扩散速度较快的金属中出现大量的空位。而这种空位会表现为在金属上形成很多孔洞。如果进行金铝键合时，金的扩散速度要高于铝，因此键合之后，金的一侧会出现大量的空位，形成孔洞。进而导致接触面积减少，电阻增加。在铜丝键合技术中需要降低这一问题出现的情况[4]。 3.2 金-铝金属间化合物与铜-铝金属间化合物的对比
金-铝的金属间化合物主要有五种，分别为AlAu、 Al2Au、AlAu2、AlAu4、Al3Au5。这五个金属间化合物形成过程中其体积变化程度并不相同，电阻率也相对较低。而这几种材料在高温或者长时间使用之后会有键合强度减少，材质变脆、在界面位置出现裂缝以及增加电阻等问题。进而导致设备出现开路或者导电性能降低等情况。此外， AlAu2在使用过程中由于金的扩散速度快，会在焊点位置形成黑色的环形孔洞，这种情况会导致焊接强度变低，最终造成器件失效。这也是使用金丝进行金铝热压焊的失效的原因之一。而铜丝键合的效果与金丝不同，由于铜丝的金属间化合物生长速度较慢，这就保证在铜丝键合中其电阻率较小，产生的热量也相对较低，明显的提高了铜丝键合设备的可靠性。 3.3 金属间化合物的产生效率分析

铜键合丝文献综述

铜键合丝摘要：简要介绍了目前市场中使用的各种键合丝，通过与键合金丝的对比，重点描述了键合铜丝在各方面的优势，以及制备铜丝的基本过程和影响因素、铜丝的织构等，并简要介绍了国内外关于键合铜丝的部分专利，最后对目前键合铜丝所面临的一些困难作了总结，并指出了今后研究的方向。

1 键合丝键合丝主要应用与晶体管、集成电路等半导体器件和微电子封装的电极部位或芯片与外部引线的连接。

虽然现在有不用键合丝的键合方法，但目前90%的IC的产品仍以键合丝来封装。

键合丝焊接点的电阻，在芯片和晶片中所占用的空间，焊接所需要的间隙，单位体积的导电率，键合丝的延展率，化学性能，抗腐蚀性能和冶金特性等特性必须满足一定的要求才能得到良好的键合特性。

具体来说，用于键合的键合金属丝应该具有如下特性：尺寸精度要高且均匀、不弯曲；表面光洁，没有沾污，没有伤痕；具有规定的拉断力和延伸率；焊接时焊点没有波纹；球焊时熔球的正圆度要高[1]。

元素周期表中过渡族金属元素中，金银铜铝等四种金属元素具有较高的导电性能，同时兼有上述性能，可以做为集成电路微电子封装用的键合丝。

表1列出了这四种金属材料的基本性质，包括电导、热导、弹性模量等。

表1 金银铜铝基本性质比较。

超大规模集成电路引线键合，使用最多的导电丝材料是金丝。

键合金丝是指纯度为99.99%，线径为18~50mμ的高纯金合金丝，通常采用球焊-楔焊方式键合，并常用于塑料树脂封装。

键合金丝直径一般在20~50mμ之间，由于大部分使用在高速自动键合机上，最高速焊机每秒可完成7~10根键合线，因此要求金丝具有均匀稳定的机械性能和良好的键合性能。

为适应自动化规模生产，同时要求每轴丝的长度在300，500或1000m，国外的微细丝已达到2000m，甚至3000m。

国内主要的生产研制单位有4家：山东贺利氏招远贵金属材料有限公司，常熟特种电子材料厂，昆明贵金属研究所，北京有色金属与稀土应用研究所等，年供应金丝量约1800kg。

键合技术的应用

键合技术的应用
1. 微电子领域：在集成电路制造中，键合技术用于将芯片与封装进行连接，实现电路的组装和封装。

2. 光电子领域：在光电子器件制造中，键合技术可用于连接激光器、探测器、光纤等光学元件，提高光电子器件的性能。

3. 传感器领域：键合技术可用于制造各种传感器，如压力传感器、温度传感器、气体传感器等。

4. 生物医学领域：在生物医学工程中，键合技术用于制造生物芯片、生物传感器、药物输送系统等。

5. 新能源领域：在太阳能电池、燃料电池等新能源器件的制造中，键合技术可用于连接各层材料，提高能量转换效率。

6. 材料科学领域：键合技术可用于制备复合材料、纳米材料、功能材料等，提高材料的性能和功能。

7. 封装领域：在电子封装中，键合技术用于连接芯片和基板，实现电气和机械连接。

总之，键合技术在微电子、光电子、传感器、生物医学、新能源、材料科学和封装等领域都有重要的应用。

随着科技的不断发展，键合技术也在不断创新和改进，为各个领域的发展提供了有力的支持。

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铜丝键合工艺在微电子封装中的应用赵钰1引言当今半导体行业的一些显著变化直接影响到IC互连技术，其中有3大因素推动着互连技术的发展。

第一是成本，也是主要因素，目前金丝键合长度超过5mm，引线数达到400以上，封装成本超过0.20美元。

而采用铜丝键合新工艺不但能降低器件制造成本，而且其互连强度比金丝还要好。

它推动了低成本、细间距、高引出端数器件封装的发展。

第二是晶片线条的尺寸在不断缩小，器件的密度增大、功能增强。

这就需要焊区焊点极小的细间距、高引出端数的封装来满足上述要求。

第三是器件的工作速度，出现了晶片铝金属化向铜金属化的转变。

因为晶片的铜金属化可以使电路密度更高、线条更细。

对于高速器件的新型封装设计来说，在封装市场上选择短铜丝键合并且间距小于50μm的铜焊区将成为倒装焊接工艺强有力的竞争对手。

表1列出铜作为键合材料用于IC封装中的发展趋势。

表1材料组合细引线晶片上的焊区金属化应用时间铜（Cu）Al 1989年金(Au) Cu＋溅射铝(Al)的焊区 2000年Au Cu＋镀镍/金(Ni/Au)焊区2000年Au Cu＋OP2(抗氧化工艺) 2001年Cu Cu 2002年～将来2铜丝键合工艺的发展早在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。

当时，行业的标准封装形式为18个～40个引线的塑料双列直插式封装，其焊区间距为150μm～200μm，焊球尺寸为100μm～125μm，丝焊的长度很难超过3mm。

与现在的金丝用量相比，在当时的封装中金丝用得很少。

所以，实际上金的价格并不是主要问题。

此外，在大批量、高可靠的产品中，金丝球焊工艺要比铜丝球焊工艺更稳定更可靠。

然而，随着微电子行业新工艺和新技术的出现及应用，当今对封装尺寸和型式都有更高、更新的要求。

首先是要求键合丝更细，封装密度更高而成本更低。

一般在细间距的高级封装中，引出端达500个，金丝键合长度大于5mm，其封装成本在0.2美元以上。

与以前相比，丝焊的价格成为封装中的重要问题。

表2列出铜和金的封装成本比较。

由此，专家们又看中了铜丝，在经过新工艺如新型EFO(电子灭火)、OP2(抗氧化工艺)及MRP(降低模量工艺)（这些工艺在下文中将作详细说明）的改进后，使铜丝键合比金丝键合更牢固、更稳定。

尤其是在大批量的高引出数、细间距、小焊区的IC封装工艺中，成为替代金丝的最佳键合材料。

表2长5mm、直径为1μm的金丝和铜丝封装成本比较材料引线数丝焊成本/（封装/美元）Au 256 0.12Cu 256 0.06Au 400 0.19Cu 400 0.09超细间距的球形键合工艺是随产品尺寸和线条不断缩小的要求而发展，特别是因为器件的包封密度要求越来越高。

当间距尺寸低于60μm时，键合丝的直径必须低于25μm。

而直径低于25μm的金丝在硬度和强度上都要略差一些，工艺实施也比较困难。

但是采用直径低于25μm的铜丝，其硬度比金丝硬度大40％，强度是金丝的两倍，且便于工艺操作，器件产量高。

因此,在当今高级微电子封装中，硅晶片上的铝金属化工艺正在朝着铜金属化工艺发展，铜丝键合明显占优势。

目前，在晶片上实现铜丝金属化工艺的线条最细可达到0.18μm。

预计到2003年，其线条最细可低于0.13μm。

图1示出直径为25μm的铜丝、铝丝和金丝的强度及硬度对比图。

3晶片金属化层的键合工艺当今，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。

3.1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，常造成焊球变型或氧化。

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,通俗说法就是铜焊球成形过程中的气氛保护工艺，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。

这种新工艺不需要降低周围气体的含氧量，用通用的氮气即可，因此降低了成本。

2）OP2工艺铜丝球焊和金丝球焊的正常焊接温度为175℃～225℃。

在该温度范围内，铜丝很快被氧化，如果表面没有保护层就无法焊接。

所以需要进行抗氧化的表面处理以形成可靠的可焊接表面层。

3）MRP工艺丝焊键合工艺的有限元模型的建立为焊接材料和工具图形的效果提供了新的认识。

通过金丝焊球和铜丝焊球的变形而产生的压力图形比较，可以看出在铜丝球焊过程中的底层焊盘的力要大一些。

若强度过大，会产生成坎效应和金属层起皮之类的焊接缺陷。

如图2示出金焊球和铜焊球的压力图。

从图中可以看出，同样高度的铜、金焊球，铜焊球的焊接压力大，硬度明显高于金，但比金焊球容易变形。

硬度和模量是焊丝的主要参数。

为降低其硬度，以前人们是依靠采用纯度高达99.999％或99.9999％的铜，因为纯度低则硬度高。

目前最新的方法是结合专利的焊接和焊丝制造工艺，在降低模量的同时提高了焊接质量和产量。

图3示出采用MRP和未采用MRP的第二次焊接拉力测试。

MPR工艺可以提高铜焊点的拉伸强度，一般对于10μm直径的Cu丝来说,采用MRP的焊接强度可达5g～6g，若不采用MRP,焊接强度仅有1g～2g。

此外,还可改善由细直径焊接头和细间距劈刀产生的铜球焊接点的失效模式。

3.2金丝与晶片铜金属化层的键合工艺焊区间距降低到55μm以下后，金丝球焊工艺可以代表许多元器件铜金属化互连的整体级别。

金是贵金属,不需要球成型的保护性气体。

然而未受保护的晶片金属化铜在正常工艺温度下易氧化。

因此，在组装工艺即划片、芯片粘结、热固化以及丝焊键合过程中，需要加入特殊的清洗、保护性表面处理和OP2工序以防金属化铜的氧化。

试验证实，铜丝焊球的形状及剪切强度在铜金属化焊盘上与在铝金属化焊盘上的质量一样。

但金　铜的扩散率明显低于金－铝。

金－铜金属间的化合成型较低，很少出现空洞，因而可靠性高于金－铝。

目前，晶片铜焊区上的铝丝球焊工艺做得好的是美国的K＆S公司,该公司的专家已将这种工艺编写成工艺文件,设备采用K＆S8028型键合机，焊丝为99.99％的金丝，劈刀为特殊设计，其剪切强度达　的工艺能使用户在焊区间距　和“OP2Gold50”0.87g/cmm2～0.93g/cmm2。

这种被命名为“OP2Gold60”为60μm和50μm的晶片铜金属化层上实施既实用又可靠的金丝键合工艺。

3.3铜丝与晶片铜金属化层的键合工艺元器件的工作速度是铜丝与晶片铜金属化层的键合工艺发展的主要驱动力。

目前,铜丝与晶片铜金属化层的键合工艺还处于研究阶段，已经于2001年底应用在大批量生产中。

该工艺目前只能使用K＆S8060楔焊机。

因为楔焊在超细焊工艺中处于领先地位，它的焊接间距比球形焊的间距小。

这种K＆S8060楔焊机装有UnibodyTM超声传感器，可产生高频超声焊，它使整个楔焊的焊接点直径比焊丝直径大20％～30％，而球形焊的焊球直径比焊丝直径大50％～60％。

此外，铜楔焊是在室温下进行的焊接工艺，而球焊接则需要提高温度来辅助焊球成型。

但高温会加速氧化，且阻碍焊接。

楔焊接的一个主要缺点是其焊接速度低于球焊接。

这是因为它需要附加运动轴来旋转焊接头，所以降低了焊接速度。

然而，目前较新型的楔焊机在生产率和精确度方面都取得了显著的提高，可达到每秒6根丝的生产速率，而且焊丝间距为50μm。

因此，这种铜丝与晶片铜金属化层的键合工艺能满足最佳功能与特性设计要求。

其中：（1）有超长或跨接键合丝的封装设计，焊丝直径小于20μm；（2）金丝直径小于17μm时，其阻抗或电阻特性很难满足一些封装要求，而铜丝的导电率比金丝高，直径也小于金丝；（3）铜丝具有超强的电特性，可满足数据传输速率和射频要求。

此外，铜丝表面应进行高质量抛光，卷筒包装并符合化学标准要求，以便与高产、无故障的制造工艺相适应。

4铜丝与金属化层键合的匹配性及可靠性铜丝已经很成功地应用于镀Ag/Ni引线、铝金属化层以及铜金属化层的键合中。

影响焊接成型以及焊接可靠性的一个关键因素是焊丝与金属化层之间金属间化合物的增长速率。

在焊接过程中，焊丝与金属化层的扩散速率越低，金属间化合物的增长速率就越低，而使接触电阻值低，产生的热量就少。

图4分别示出金丝和铜比分别与铝金属化层键合的金属间相（IP）增长。

我们从图中球形键合界面可以明显看出，铜丝球焊的金属间渗透明显低于金丝球焊。

这就意味着铜　铝界面比铜　铝界面的电阻率更低、热量更小、封装寿命更长即可靠性更高，更能满足焊接强度的要求。

除此之外，我们还可通过失效模式来分析它的键合强度。

图5示出在剪切试验后的高强度100MPa（约1.01g/cmm2）的焊接点。

对于金　铝焊点来说，它的剪切表面是在焊球内部，穿过球体。

而铜－铝焊点的剪切面是穿过铝焊区，明显比金丝的强度高。

铜焊球和金属间界面层都比铝焊区坚硬。

有关利用铜丝球焊到铝焊区的可靠性测试已编写成文件。

5结语随着微电子封装技术的发展，芯片制造商拟将晶片上的铝金属化层更换为铜，这样不但能提高器件特性，还能降低成本。

因为在晶片的铜金属化层上可以直接焊接，而不需要像铝金属化层那样加一层金属焊接层。

同时，在工艺上，逐渐将传统的金丝换为铜丝，解决细间距的器件封装。

对器件超细间距的要求成为降低焊丝直径的主要驱动力。

因而，在今后的微电子封装发展中，铜丝焊将会成为主流技术。

铜丝与传统的晶片上铝金属化焊区的键合，可降低成本，使高产、细间距的封装的焊丝更牢固和坚硬。

金丝与晶片上铜金属化焊区的键合，需要附加OP2和MRP工艺。

铜丝与晶片上铜金属化焊区的键合是解决最细间距封装的最佳方案，该工艺技术是未来的发展方向。

6致谢本文在成文中得到我所研究员高工斯培新的悉心指导,特此鸣谢。

金、铜丝球键合焊点的可靠性对比研究字体: 小中大 | 打印发表于: 2007-4-08 22:05 作者: anndi 来源: 电子胶水●中国1 引言丝球焊是引线键合中最具代表性的焊接技术，它是在一定的温度下，作用键合工具劈刀的压力，并加载超声振动，将引线一端键合在IC芯片的金属法层上，另一端键合到引线框架上或PCB便的焊盘上，实现芯片内部电路与外围电路的电连接，由于丝球焊操作方便、灵活、而且焊点牢固，压点面积大（为金属丝直径的2.5－3倍），又无方向性，故可实现高速自动化焊接[1]。