封装键合铜线参数指摘

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。

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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

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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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