引线键合工艺参数对封装质量的影响因素分析.doc

引线键合工艺参数对封装质量的影响因素分析
【来源《:半导体技术》】【编辑:刘长宏,高健,陈新,郑德涛】【时间: 2007-1-9 9:04:27】
【点击
: 1211】
1 引言
目前IC器件在各个领域的应用越来越广泛,对封装工艺的质量及检测技术提出了更高的要求,如何实现复杂封装的工艺稳定、质量保证和协同控制变得越来越重要。目前国外对引线键合工艺涉及的大量参数和精密机构的控制问题已有较为深入的研究,并且已经在参数敏感度和重要性的排列方面有了共识。我国IC封装研究起步较晚,其中的关键技术掌握不足,缺乏工艺的数据积累,加之国外的技术封锁,有必要深入研究各种封装工艺,掌握其间的关键技术,自主研发高水平封装装备。本文将对引线键合工艺展开研究,分析影响封装质量的关键参数,力图为后续的质量影
响规律和控制奠定基础。
2 引线键合工艺
WB随着前端工艺的发展正朝着超精细键合趋势发展。WB过程中,引线在热量、压力或超声能量的共同作用下,与焊盘金属发生原子间扩散达到键合的目的。根据所使用的键合工具如劈刀或楔的不同,WB分为球键合和楔键合。根据键合条件不同,球键合可分为热压焊、冷超声键合和热超声键合。根据引线不同,又可分为金线、铜线、铝线键合等。冷超声键
合常为铝线楔键合。热超声键合常为金丝球键合,因同时使用热压和超声能量,能够在较低的温度下实现较好的键合质量,从而得到广
泛使用。
键合质量的判定标准
键合质量的好坏往往通过破坏性实验判定。通常使用键合拉力测试(BPT)、键合剪切力测试(BST)。影响BPT结果的因素除了工艺参数以外,还有引线参数(材质、直径、强度和刚度)、吊钩位置、弧线高度等。因此除了确认BPT的拉力值外,还需确认引线断裂的位置。主要有四个位置:⑴第一键合点的界面;⑵第一键合点的
颈部; ⑶第二键合点处;⑷引线轮廓中间。
BST是通过水平推键合点的引线,测得引线和焊盘分离的最小推力。剪切力测试可能会因为测试环境不同或人为原因出现偏差,Liang等人[1]介绍了一种简化判断球剪切力的方法,提出简化键合参数(RBP)的概念,即RBP=powerA ×forceB×timeC ,
其中A,B,C为调整参数,, ,。
此外,键合标准对于键合点的形状,如第一键合点的直径、厚度等,也有一定要求,
这些将直接影响器件的可靠性。
电子打火系统(EFO)
EFO用于球键合工艺中引线球的形成。第二点楔键合后,尾丝在电弧放电后熔化,受到重力、表面张力和温度梯度的作用,形成球体。尾丝的长度受第二键合点工艺参数的影响,因此第二点键合将影响到下一个第一
点键合的质量。熔球与引线的直径比对第一键合点尺寸的影响非常大。在引线材质不变的条件下,熔球直径由放电电流、放电时间、放电距离和线尾露出劈刀的长度决定。其中,放电电流和放电时间对成球影响最大,目前控制精度己分别达到10 mA和ms级水平。Qin等人[2]发现增加放电电流和减少放电时间可以减少热影响区域(HAZ)的长度,Tay等人[3]用有限元方法模拟了引线上瞬间温度的分布状况。此外,移动打火杆、紫外光辅助熔
球、保护气系统也应用到EFO中,提高熔球质量。
超声系统
US作为键合设备的核心部件