【正文】 21PASS驗證結(jié)果顯示，在以上的工藝參數(shù)范圍內(nèi)，產(chǎn)品是符合標準的。 試驗結(jié)果與分析將以上DOE試驗得出的參數(shù)用銅線將芯片與框架焊接好之后，從焊接效果和可靠性兩方面對銅線與金線進行對比。 剪切力與拉力貼著芯片表面平行推焊接好的銅球，直到將銅球推掉的力就是剪切力。由于在化學元素周期表上銅和金靠得很近，其化合物結(jié)構(gòu)比金鋁的化合物結(jié)構(gòu)更緊密，表現(xiàn)出來就是推掉銅球比金球需要更大的力。在弧度中間勾住銅線垂直向上拉，直至扯斷銅線的力就是拉力，同樣在相同線徑下，拉斷銅線比金線的力大。剪切力和拉力都是檢測焊線與芯片、框架結(jié)合的牢固程度,一般來說力越大越好，這樣可以有效地防止加熱和塑封過程中焊線脫焊的可能性。 弧度弧度的作用在于保證焊線不與芯片、框架的其余部分接觸，以及焊線之間不能相碰短路，由于銅線相對較硬，拉出同樣的弧度，銅線往往比金線的弧度參數(shù)小，因而在壓焊機上更容易拉起弧度。　 可靠性由于銅與鋁之間比金與鋁之間的擴散速率更接近,更不易產(chǎn)生Kirkendall 空洞,因而銅線連接比金線連接更可靠,通常銅線產(chǎn)品要經(jīng)過高低溫(50～150o C) 試驗、耐久性試驗、功耗試驗與高溫貯存等試驗，以檢驗銅線產(chǎn)品經(jīng)過多次冷、熱溫度沖擊、電沖擊后，銅線產(chǎn)品的電參數(shù)、使用壽命等，最后判定銅線產(chǎn)品能夠達到國家與企業(yè)的質(zhì)量標準。 不良品在銅線焊接中,最常遇到2 種不良品:一是由于銅球氧化、超聲壓力不夠等原因銅球與芯片表面脫焊，使得晶體管的某兩極之間呈現(xiàn)開路；二是由于銅球氧化后表面變硬、超聲壓力過大等原因，銅球壓穿芯片表面鈍化鋁層，使芯片內(nèi)部受傷，造成晶體管性能下降或損壞，這種情況下，用鹽酸加雙氧水腐蝕芯片表面的鋁層后，可以看到芯片表面有一個凹坑，這時需要檢查氣體保護和重新設(shè)置超聲能量和壓力，另外鋁層厚度在3μm以上，如果鈍化鋁層厚度低于2μm，那么也很容易損傷芯片。 金銅絲球焊焊點金屬間化合物生長絲球焊是在一定的溫度和壓力下，超聲作用很短時間內(nèi)（一般為幾十毫秒）完成，而且鍵合溫度遠沒有達到金屬熔點，原子互擴散來不及進行，因此在鍵合剛結(jié)束時很難形成金屬間化合物，對焊點進行200℃老化。金絲球焊焊點老化1天形成了約8μm厚的金屬間化合物層，EDX成分分析表明生成的金屬間化合物為Au4Al為和Au5AL2，老化時間4天時出現(xiàn)了明顯的Kirkendall空洞，銅絲球焊焊點生成金屬間化合物的速率要比金絲球焊慢很多，在老化9天后沒有發(fā)現(xiàn)明顯的金屬間化合物，在老化16天時，發(fā)現(xiàn)了很薄的Cu/Al金屬間化合物層（由于Cu和Al在300℃以下固溶度非常小，因此認為生成的Cu/Al相是金屬間化合物），老化121天時其厚度也不超過1μm，沒有出現(xiàn)kirkendall空洞。在溫度、壓力等外界因素一定的情況下，影響兩種元素生成金屬間化合物速率的主要因素有晶格類型、原子尺寸、電負性、原子序數(shù)和結(jié)合能。Cu和Au都是面心立方晶格，都為第IB族元素，而且結(jié)合能相近，但是Cu與Al原子尺寸差比Au與AL原子尺寸差大，Cu和AL電負性差較小，導(dǎo)致Cu/Al生成金屬間化合物比Au/Al生成金屬間化合物慢。 金銅絲球焊焊點剪切斷裂載荷和失效模式金、銅絲球焊第一焊點（球焊點）剪切斷裂載荷隨老化時間變化，可以看到，無論對于金球焊點還是銅球焊點，其剪切斷裂載荷在很長一段時間內(nèi)隨老化時間增加而增加，隨后剪切斷裂載荷下降，這主要與不同老化階段剪切失效模式不同有關(guān)，同時可以發(fā)現(xiàn)，銅球焊點具有比金球焊點更穩(wěn)定的剪切斷裂載荷，并且在未老化及老化一定時間內(nèi)，銅球焊點的剪切斷裂載荷比金球焊點好，老化時間增長后，銅球焊點剪切斷裂載荷不如金球焊點，但此時金球焊點內(nèi)部出現(xiàn)大量Kirkendall空洞及裂紋，導(dǎo)致其電氣性能急劇下降，而銅球焊點沒有出現(xiàn)空洞及裂紋，其電氣性能較好。對于金球焊點，剪切實驗共發(fā)現(xiàn)了5種失效模式：完全剝離（沿球與鋁層界面剝離）、金球殘留、鋁層斷裂、球內(nèi)斷裂和彈坑，金球焊點剪切失效模式隨老化時間的變化。未老化時，Au/Al為還沒有形成金屬間化合物，剪切失效模式為完全剝離，由于Au/Al老化過程中很快生成金屬間化合物，失效模式在老化初期馬上發(fā)展為以鋁層剝離為主：隨后，鋁層消耗完畢，老化中期失效模式以金球殘留為主，此時斷裂發(fā)生在金屬間化合物與金球界面；老化100天以后金球內(nèi)部斷裂急劇增加，成為主要失效模式，導(dǎo)致剪切斷裂載荷降低。對于銅球焊點，剪切實驗共發(fā)現(xiàn)了4種失效模式：完全剝離、銅球殘留、鋁層斷裂和彈坑。銅球焊點剪切失效模式隨老化時間的變化，由于銅球焊點200℃時生成金屬間化合物很慢，因此其剪切失效模式在老化較長時間內(nèi)以完全剝離為主：彈坑隨老化進行逐漸增多，尤其老化81天后，應(yīng)力型彈坑大量增加，導(dǎo)致剪切斷裂載荷下降，彈坑數(shù)量隨老化時間變化，需要說明的是彈坑包括應(yīng)力型彈坑和剪切性彈坑，應(yīng)力型彈坑為剪切實驗之前就已經(jīng)存在的缺陷，而剪切型彈坑是由于接頭連接強度高，在剪切實驗過程中產(chǎn)生，因此只有應(yīng)力型彈坑是導(dǎo)致剪切斷裂載荷下降的原因，相對金球焊點，銅球焊點剪切出現(xiàn)彈坑較多，主要是因為銅絲球焊鍵合壓力比金絲球焊大。 金銅絲球焊拉伸斷裂載荷和失效模式金、銅絲球焊拉伸斷裂載荷隨老化時間而變化，金絲球焊拉伸斷裂載荷隨老化時間變化不大，拉伸斷裂模式以第一焊點和中間引線斷裂為主。銅絲球焊拉伸斷裂載荷隨老化時間不斷下降，由于銅的塑性比金差，而且銅絲球焊第二焊點鍵合壓力比金絲球焊大很多，因此銅絲球焊第二焊點比金絲球焊變形損傷大，銅絲球焊拉伸時容易發(fā)生第二焊點斷裂，第二焊點斷裂又分為魚尾處斷裂（根部斷裂）和焊點剝離（引線和焊盤界面剝離），銅絲球焊拉伸在老化初期為魚尾處斷裂，老化16天以后焊點剝離逐漸增多，主要是因為銅絲球焊老化過程中第二焊點被氧化，從而也導(dǎo)致拉伸斷裂載荷下降[4]。 銅絲球焊產(chǎn)品的電性能使用銅引線工藝后，除成本得到控制外，人們最為關(guān)心的是器件的電性能以下所列是對產(chǎn)品進行測試后得到的一些參數(shù)。產(chǎn)品是TO－126封裝的CJ772。(，C代表使用2mil的金線，D代表使用2mil的銅線)：使用銅線工藝后，飽和電壓降各項逐漸減小了，性能更好。另外，銅線的參數(shù)離散性比金線好(即一致性好)，這說明使用銅線產(chǎn)品的穩(wěn)定性和一致性比金線產(chǎn)品好。：飽和壓降數(shù)據(jù) Table data of saturation voltage drop飽和壓降vcesat（1A）飽和壓降vcesat（2A）飽和壓降vbesat（2A）ABCDABCDABCD平均值10461022 銅絲球焊產(chǎn)品的電性能可靠性產(chǎn)品的質(zhì)量好壞，除了要求產(chǎn)品的電性能好外，還要求產(chǎn)品具有很高的可靠性。在此同樣以CJ772金線產(chǎn)品和銅線產(chǎn)品為例來進行常規(guī)可靠性試驗，包括高壓蒸煮試驗、電耐久性試驗、溫度循環(huán)等等。通過試驗可知在120oC，2個標準大氣壓下，將產(chǎn)品放置48小時高壓蒸煮試驗后，其漏電流Iceo,Iebo,Icbo等各項參數(shù)都有所降低，但高壓蒸煮前后變化不大，離標準值相差還很遠(近一個數(shù)量級)。飽和壓降Vcesat、Vbesat的平均值也都有所下降，性能有所提高，一致性也更好。結(jié)果證明：20個樣品高壓蒸煮前后的各項飽和壓降非常一致，最大偏差都在l％以內(nèi)。耐久試驗后漏電流Iceo,Icbo,Iebo各項的平均值下降不少，說明耐久試驗后產(chǎn)品性能更加穩(wěn)定。而BVCEO、VCESAT、Vf 平均值和離散性前后幾乎完全一樣。說明電耐久性試驗對這些參數(shù)毫無影響。溫度循環(huán)試驗后，各樣品管的各種參數(shù)基本一致，其變化都在l％的范圍內(nèi)。 結(jié)論（1）銅絲球焊焊點的金屬間化合物生長速率比金絲球焊焊點慢得多，認為Cu與Al原子尺寸差A(yù)u與Al原子尺寸差大，Cu和Al電負性差較小是其本質(zhì)原因。這點性能比金絲球焊的產(chǎn)品好。（2）銅絲球焊焊點具有比金絲球焊焊點更穩(wěn)定的剪切斷裂載荷，并且在老化一定時間內(nèi)銅絲球焊焊點表現(xiàn)出更好的力學性能。（3）銅絲球焊焊點和金絲球焊焊點老化后的失效模式有較大差別。可靠性也優(yōu)于金線球焊產(chǎn)品。（4）但由于銅的抗氧化性能和硬度方面比金要差，所以在使用銅線代替金線的工藝中一定要注意工藝參數(shù)的區(qū)別和防氧化裝置的穩(wěn)定形。 本章小結(jié)本章詳細講述了銅線球焊產(chǎn)品的工藝要求、質(zhì)量檢驗要求、設(shè)備的改進，銅線工藝的成品在性能比較和可靠性比較上要優(yōu)于金線球焊產(chǎn)品，通過實際產(chǎn)品的測試和研究，對比測試和圖片數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)銅線球焊工藝達到了產(chǎn)品所要求的所有性能。總結(jié)與展望總結(jié)與展望歸納起來，金絲超聲球焊工藝是半導(dǎo)體后道工藝種一種最常用的工藝，但金絲球焊工藝由于成本和質(zhì)量對這種工藝有著改進要求，只要克服銅線在球焊中的不利影響，克服銅線易氧化、硬度高、易受鹵化物腐蝕等不利因素，而利用銅線的導(dǎo)電率、導(dǎo)熱率、經(jīng)濟成本都比金絲占優(yōu)的特點，通過理論研究和實際工藝試驗相結(jié)合，一定能夠?qū)υ撉蚝腹に囘M行改進。另外，通過對工藝改進之后的分立器件產(chǎn)品進行電性能、可靠性等方面考核，分析產(chǎn)品的質(zhì)量特性和可靠度，確保該先進工藝所生產(chǎn)的產(chǎn)品能夠達到或者超過金絲球焊所生產(chǎn)產(chǎn)品的綜合質(zhì)量。并且分析該工藝中的失效產(chǎn)品，失效現(xiàn)象入手，搞清楚失效機理，并采取相應(yīng)對策不斷改善。通過一段時間正式生產(chǎn)的數(shù)據(jù),驗證銅線器件產(chǎn)品性能上與金線產(chǎn)品的比較并且,從實際生產(chǎn)成本上論證銅線替代金線器件產(chǎn)品的優(yōu)越性。我們公司現(xiàn)在生產(chǎn)能力為每月25億只分立器件，其中用銅絲工藝生產(chǎn)的器件達到了60%左右，并且在客戶的實際使用中也取得了很好地效果，質(zhì)量方面、可靠性都滿足并超過了同類型的其他廠家的產(chǎn)品。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，細銅線的拉線工藝、超聲波熱焊工藝的日趨成熟，銅線球焊技術(shù)展現(xiàn)出來的成本優(yōu)勢、電性能優(yōu)勢、高可靠性優(yōu)勢等，都將為我們揭示一種新的發(fā)展趨勢。相信在不久的將來．銅線球焊技術(shù)將全面代替現(xiàn)在的金線球焊工藝。也可能出現(xiàn)銅片焊接技術(shù)代替粗鋁線焊接技術(shù)等情況。通過這次的研究，本公司大部分器件都能夠用銅線鍵合工藝代替了金線的鍵合工藝，利用了銅絲的優(yōu)點，并避免了銅絲易氧化和硬度高的缺點，實現(xiàn)了半導(dǎo)體性能的性價比的提高，但針對部分焊盤鋁層比較薄的半導(dǎo)體IC芯片，還不能完全克服焊盤下容易受損的情況，在后續(xù)的工作中，我們針對這些焊盤鋁層較薄的IC產(chǎn)品，我們還要繼續(xù)研究，通過銅絲材料摻雜其他金屬和打線工藝參數(shù)的優(yōu)化，使得半導(dǎo)體銅線工藝的應(yīng)用范圍還能更廣泛。參考文獻參考文獻[1] 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