封装键合铜线参数指摘
更新时间:2023-06-05 16:45:01 阅读量: 实用文档 文档下载
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封装键合铜线参数讨论版指摘
我从事半导体封装已经十一年了,主要从事封装前道BG, SAW, DB 和WB的制成维护与开发,现在,由于国际金价持续走高,铜线的封装比重增加,现在,就将我这些年对铜线的研究与大家分享。
1. 镀钯铜线与裸铜线的区别。
镀钯铜线是在裸铜线的表面镀了一层钯,钯是一种很稳定的金属,优点是不被氧化。所以与裸铜线相比,优点为,
1). 镀钯铜线的存储时间更长,对存储的环境要求没有裸铜线高;
2). 钯线的焊接过程中,只需要N2保护就可以,裸铜线的焊接必须是N2,H2混合气(forming gas);
3). 在焊接工艺控制中,钯线与裸铜线没有差异,都需要采用合理的参数来控制高硬度的铜球焊接(在下面将详细叙述铜线焊接的工艺参数)。
镀钯铜线的缺点是价格高,一般是裸铜线价格2-3倍。
2. 铜线的焊接,
2.1 第一点的焊接(ball bonding)
由于铜球的硬度远远高于金球,所以铜线ball bond焊接易出下列废品, NSOP,
Lift Metal,
Crater,
Golf Bond
为了控制这些废品,需要用特殊的参数加以控制,以下是控制要点,
1). 焊接过程分阶段,一般分两个阶段就能焊接,对一些易产生lift metal或cratering的device,可用三个阶段焊接。第一阶段,只用force, 不加power,这个阶段主要是把球压成型,一般地,对0.8mil的铜线,用30-50g的force, 1.0mil 40-80g, 1.2mil 60-120g, 1.5mil 150-250g, 1.7mil 250-450g, 2mil 350-500g. 第二阶段,用power, 焊接force要小,这样易于焊接,不易产生NSOP,焊接的power可以用one time in a factor 的实验方法的到,而对force,一般是第一阶段force的1/2或1/3。第一阶段主要是对crater 与lift metal的控制,第二阶段主要是对NSOP的控制,当然,第二阶段power用得很大,也会产生crater 与lift metal. 一些特殊device需要用到第三阶段,一般地,前二阶段能控制crater, lift metal,但NSOP的PPM很高时,增加第三阶段,第三阶段是在第二阶段继续增加power和减小force. 如果还有问题就打开scrub 功能或enhancer的功能。是的,这是因为铜球比金球硬。补充如下,
对于铜线焊接,第一阶段的force都要大,要足够把铜球压成型,不要加power;
第二阶段,对于heavy wire,焊接的force也要大,对于standard wire或small wire, force就要小,否则球就会out of control.
2). 第二点焊接(stitch bond)的控制。
同样原理,铜线硬于金线,所以,以下是主要问题,
NSOL,
Short Tail
与第一点焊接相同,分阶段焊接。第一阶段只用force压成型,第二阶段用power与force, 但force 不能太小,force太小不能克服第二点的震动。
另外,bond head的速度要放慢。
如果用moxsoft的线,对第二点的帮助比较大,毕竟maxsoft的线要比一般铜线软。
封装键合铜线参数讨论版指摘
1. 铜线的热块需要重新设计,
对第二点的焊接,最好在lead的支撑区域加凸台,防止lead在焊接过程中震动小,凸台一般高为1mil, 宽为1-2mil. 压板不需要。
对第一点焊接,对QFN/DFN的产品,真空孔要小,要多,这样真空吸附均匀。对dual paddle一些leadframe的产品,如SOIC dual paddle的mosfet的产品,这种leadframe的厚度很厚(8mil),并且tie bar分布不能对称,加热块要完全吸好不容易,可以在没有tie bar的一边加凸台,高度不要超过1mil.
2. 焊接铜线劈刀的选择,对heavy wire, 我的经验是选Double IC type,这种劈刀不易出crater,对small wire, 根据pitch来选,pictch 大还是推荐选double IC type,如果fine pitch,选SBIC type.
现在说说铜线的工艺管控,
1. FAB的管控,检查频率:1X/change capillary;1X/change device, 并保留样品。检查FAB是否有氧化,是否锥型球。
2. ball shape control, 对于球形,做到ball ratio (ball height/ball size)在18%-31%合理,target 25%, 就是说球的厚度是球大小的1/4。frenqucey: 1X/change device; 1X/day.
3. ball shear control, 做到7-9g/mil2的BSS对铜线来说是合理的,不要要求pad上有残铜,只有ball shear的值达到了就可以。 frenqucy: 1x/change device, 1X/day.
remark: 一些device在推ball shear时会产生Al metal peeling,出现这种情况,不要马上判断fail, 如果ball shear值达标并且出现的比例在5%以下,做cratering test与ILD test,ILD是inner layer distance, 就是铜球焊接后Al pad 所剩于的Al层厚度,如果两项都pass, 产品pass. 上述条件任何一项fail, 则产品reject.
4. wire pull control, same Au wire. 在wire pull测试中,不能出现Al pad peeling,出现就判reject.
5. ILD control, 在铜线工艺中,这项是非常重要的控制项目,但这项测试比较费时,需要做cross-section, frenqucy: 1X/new device evaluation, 1X/week/machine. 判断标准;Min. 20% of initial Al thickness and bond surface is flat. 特别说明焊接面要平,只要做平了,就不会产生crater。在一楼已经说明了分阶段焊接能做到这种效果,intial force 与contact force是关键因素,就是第一阶段的焊接force.
以上主要是对第一点的控制要求。
对第二点,主要看wire pull , new device evaluate时,要测试stitch pull,并且观察鱼尾是否有peeling.
希望大家多交流!
对于1。0mil的铜线,一般要求铝硅铜结构的铝层大于1。5微米,而且pad下没有电路结构,除非铝层厚度大于3微米。 当然,不同的线径有不同的要求。。。
另外,值得注意的就是铜线bonding对bond pad的bpo大小和bpp大小,都比相同线径的金线bonding要求大。。
在mos的source上打多根线我能理解,如果是20根的铜线,好奇是不是lead的设计有通常产品有很大不同啊, 起码面积要大很多吧。。。 第二焊点不担心焊不上,只是担心打的多了,最早bond的几根线会在后
封装键合铜线参数讨论版指摘
续bonding的过程中被震断。。。
2mil 的铜线焊接不会出现这样的情况(焊接能量还不足以震断线),只有LF的设计能满足排线要求就可以。 如果是铝线焊接,如先打gate上的细线(小于等于5mils),再打source上的粗线(超过15mils),gate上的线会震断
有几个疑问
所写:ball shape control, 对于球形,做到ball ratio (ball height/ball size)在18%-31%合理,target 25%, 就是说球的厚度是球大小的1/4。
疑问:一说1/5比较合适。我们公司基本以1/5的基准,还没发现多少不好。
所写:ball shear control, 做到7-9g/mil2的BSS对铜线来说是合理的
疑问:我们的规格是在6以上。而且发现如果过高,比如超过9,就很容易有Peeling现象。 所写:主要看wire pull , new device evaluate时,要测试stitch pull,并且观察鱼尾是否有peeling
郁闷:最近公司在搞新产品。表面镀镍钯金,175温度,纯铜线,无Plasma。就为了个破Stitch Pull,整整搞了2个礼拜,每天工作12个小时以上,才算彻底解决。
对于铜线产品来说,force的参数要设置的比power大是很正常的,,因为要有force足够大时,才能把铜球压成型,相对金线来说,它们的原理是相反的,
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