功率晶體管封裝中銅絲鍵合工藝的可靠性研究.pdf

1、銅絲鍵合技術(shù)由于其低成本、高性能的特點(diǎn),在半導(dǎo)體的功率晶體管領(lǐng)域中已經(jīng)逐漸替代金絲工藝在生產(chǎn)中批量運(yùn)用。但是銅絲鍵合工藝在實(shí)際運(yùn)用中易氧化,硬度大的問(wèn)題還是影響著銅絲工藝的穩(wěn)定性。為了加強(qiáng)銅絲鍵合技術(shù)的工藝寬容度,提高可靠性。本文在銅絲鍵合工藝和設(shè)備研究的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)在銅絲設(shè)備的工藝控制和芯片鍵合區(qū)鋁層上進(jìn)行分析和設(shè)計(jì),同時(shí)對(duì)熔斷電流下銅絲的熱分布等引入了計(jì)算機(jī)輔助分析。為了便于說(shuō)明銅絲的優(yōu)異性能,把金絲鍵合作為對(duì)比研究對(duì)象引入了本文研

2、究的范圍。本論文的研究包括以下幾個(gè)方面:(1)銅絲氧化問(wèn)題的解決,確定了0.8L/min的FAB(Free Air Ball)保護(hù)氣體流量。通過(guò)軌道的防氧化改造,使軌道溫度升高40℃也沒(méi)有發(fā)生氧化,提高了銅絲鍵合能力。分析了在FAB過(guò)程中,電流大小和放電時(shí)間與銅球大小成正比關(guān)系,并且電流大小起主要作用。(2)分析了在銅絲鍵合中虛焊和彈坑這兩種失效模式的失效機(jī)理,得出這兩種失效模式既相關(guān)聯(lián)又相互矛盾。利用外觀檢驗(yàn)、引線拉力測(cè)試和銅球剪切力

3、測(cè)試的方法對(duì)虛焊和彈坑進(jìn)行鍵合工藝參數(shù)的比較選擇,得出了小功率(40)大壓力(90)的最佳參數(shù)組合。最后用FLOTHERM分析軟件得出了熔斷電流下銅絲的熱分布模型。(3)為了設(shè)計(jì)出適合銅絲工藝的芯片,增強(qiáng)銅絲鍵合的工藝寬容度,通過(guò)大量試驗(yàn)對(duì)比分析,得出了4um的最佳鋁層厚度,并確定了致密鋁層的表面狀態(tài)更適合銅絲工藝。對(duì)比得出了鋁層下的硅基底材料比二氧化硅基底材料更耐銅球的沖擊,不容易發(fā)生彈坑損傷。通過(guò)彈坑產(chǎn)生的機(jī)理分析,發(fā)現(xiàn)了二極管的方