引線鍵合銅球可變形性在線測(cè)量及Cu-Al界面反應(yīng)研究.pdf

1、快速檢測(cè)銅絲可變形能力、提高銅球可變形性和銅絲熱影響區(qū)(HeatAffectedZone,HAZ)拉伸強(qiáng)度以及系統(tǒng)研究Cu/Al鍵合點(diǎn)可靠性問(wèn)題是銅絲球焊技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的關(guān)鍵。本文建立了一種新型、快速、高效的在線測(cè)量方法來(lái)評(píng)估銅絲以及銅球可變形性和銅絲HAZ最大拉伸載荷，并采用該方法研究了不同燒球電流對(duì)銅球可變形性、銅絲HAZ最大拉伸載荷的影響。研究了燒球工藝參數(shù)對(duì)銅球成形質(zhì)量的影響，對(duì)銅球的冷卻凝固過(guò)程進(jìn)行了描述。對(duì)Cu/Al鍵合點(diǎn)進(jìn)

2、行高溫老化實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)研究了Cu/Al鍵合界面處金屬間化合物(Inter-metallicCompounds,IMC)以及裂紋的生長(zhǎng)演變機(jī)制，并對(duì)IMC成分進(jìn)行了解析。
　　在線測(cè)量方法對(duì)測(cè)試環(huán)境敏感，金屬絲型號(hào)、基板類型、劈刀類型等會(huì)對(duì)在線測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生明顯影響，因此在比較不同金屬絲樣品以及它們對(duì)應(yīng)金屬球的可變形性過(guò)程中，基板類型、基板溫度、劈刀類型以及劈刀的裝夾位置須保持一致。在線測(cè)量結(jié)果表明可變形性高的銅絲未必能生成可變形性高的

3、銅球。
　　燒球工藝參數(shù)對(duì)銅球可變形性、銅絲HAZ影響的研究結(jié)果表明大燒球電流配合短燒球時(shí)間可以提高銅球可變形性，有效降低鍵合過(guò)程中所必需的變形壓力；能獲得最大拉伸載荷更高、長(zhǎng)度更短的HAZ，有利于小外形封裝場(chǎng)合中的應(yīng)用。燒球電流為250mA時(shí)的銅球經(jīng)0.6N壓力變形后的球高比45mA下的小14％，銅球整體可變形性高出7-8%。250mA下的銅絲HAZ最大拉伸載荷比45mA下的高7.5-9.4%，HAZ長(zhǎng)度短22.45%。

4、　　針對(duì)于直徑為50.8μm的銅絲，當(dāng)燒球電流在120mA以上、直徑設(shè)定值為101.6μm時(shí)，銅球在直徑、圓度、對(duì)稱度以及表面質(zhì)量等幾個(gè)方面表現(xiàn)最佳。尾絲與打火桿距離(ElectrodeandWireDistance,EWD)為0μm時(shí)燒球質(zhì)量最佳。保護(hù)氣體流量為0.8l/min時(shí)燒球質(zhì)量最佳，過(guò)大保護(hù)氣體流量將會(huì)降低燒球效率。
　　銅球主要由幾個(gè)大尺寸柱狀晶粒組成。凝固過(guò)程開(kāi)始后，柱狀晶?；谖慈坫~絲末端部分晶粒同質(zhì)外延生長(zhǎng)并以

5、輻射狀向銅球周圍延伸。各柱狀晶晶向略有不同，決定柱狀晶晶向的主要因素為銅球內(nèi)部熱傳遞方向。冷卻凝固過(guò)程中銅球內(nèi)部熱量散失的主要途徑為熱傳導(dǎo)。
　　可靠性研究結(jié)果表明在新形成的Cu/Al鍵合界面處沒(méi)有發(fā)現(xiàn)IMC。高溫老化1小時(shí)后鍵合點(diǎn)邊緣區(qū)域開(kāi)始出現(xiàn)Cu/AlIMC。IMC的生長(zhǎng)速度隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷下降，IMC層不斷橫向及縱向生長(zhǎng)并延伸至鍵合點(diǎn)中心位置。在IMC出現(xiàn)之后，IMC層與銅球之間出現(xiàn)了孔洞，萌生位置也為鍵合點(diǎn)的邊緣