NiPdAu预镀框架铜线键合研究

摘要

随着电子封装技术不断深入的发展，电子制造行业在追求高密度、微型化封装的同时也在不断的向着低成本、低污染的方向发展。预镀框架铜线键合技术正是在这种发展趋势下应运而生的。基于NiPdAu预镀框架的铜线键合制程因其工艺周期短，环境污染少且成本低廉等优点引起了电子行业的广泛关注，并且被认为是未来IC制造发展的趋势。然而，现行的NiPdAu预镀框架铜线键合制程因其全新的材料组合以及不成熟的键合工艺存在良率低，劈刀磨损快等问题。
　　本文以特定的NiPdAu预镀框架铜线键合样品为对象，分别从键合材料的基本性能，键合过程中可能存在的可靠性问题以及NiPdAu预镀框架铜丝热超声键合机理等三个方面做了深入的研究分析，最后针对NiPdAu预镀框架铜线键合第二焊点可靠性低的问题提出了一种后热处理的方法，并通过大量的实验结果分析了后热处理工艺对键合焊点的影响。
　　在材料的基本性能研究中，分别重点研究了NiPdAu预镀框架和铜键合丝。对于NiPdAu预镀框架，影响键合可靠性的一个重要因素是表面的粗糙度。研究发现,粗糙的NiPdAu预镀框架表面可以有效的提高第二键合点的键合强度,但同时却加速了劈刀的磨损。而稍微降低NiPdAu预镀框架表面的粗糙度,劈刀的磨损会明显减慢很多,与之同时键合强度虽有降低,但影响不是很大。对于键合铜丝,铜丝的氧化是一个关键的影响因素,镀钯铜丝比无镀层铜丝能够得到更好的焊点外观形貌。当铜丝键合在NiPdAu预镀框架表面时,两者的硬度匹配也是影响焊点可靠性的关键。
　　NiPdAu预镀框架铜线键合制程中最大的可靠性问题出现在第二焊点,引线键合过程中第二焊点容易出现氧化,脱落以及形状不规则等问题。对键合后未塑封的样品进行拉力测试,发现铜线和NiPdAu预镀框架界面的结合能力差,容易造成二焊点完全脱落现象。另外,若加大键合参数,二焊点又容易出现根部断裂的问题。影响第二焊点以上问题的因素除了有键合工艺参数,还有劈刀的型号的选择。
　　NiPdAu预镀框架铜线键合其焊点形成机理以及界面结合机制是深入研究焊点可靠性问题的基础。从焊点截面微观组织形貌看来，第二键合点可靠性低是因为铜丝硬度较高,键合过程中的变形又造成了第二焊点根部严重的加工硬化。铜丝和预镀框架表面的结合力差是因为铜丝和预镀框架界面的原子扩散能力较差,且几乎没有金属间化合物的生长。
　　最后，针对NiPdAu预镀框架铜线键合第二焊点键合强度低的问题,提出了一种后热处理的改善工艺思想,对键合后的产品立即进行200℃温度下5-10min的退火处理,可以恢复第二件点在键合时产生的内部损伤，且能有效的提高第二键合点界面的结合力，从而有效的提高NiPdAu预镀框架铜线键合焊点的可靠性。

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1 绪论

1.1 引线键合技术简介

1.2 铜丝球焊技术及市场前景

1.3 预镀框架PPF工艺及应用

1.4 本文来源及研究目的

2 NiPdAu预镀框架铜线键合的材料研究

2.1 引言

2.2 引线键合用材料基本要求

2.3 键合铜丝的分类及氧化预防

2.4预镀框架结构及粗糙度研究

2.5 键合材料的显微硬度分析

2.6 本章小结

3 NiPdAu预镀框架铜丝键合的焊点分析

3.1 预镀框架铜丝键合工艺简介

3.2 键合焊点外观形貌分析

3.3 键合焊点力学性能分析

3.4 键合焊点质量影响因素分析

3.5 本章小结

4预镀框架铜线热超声键合机理研究

4.1 引言

4.2 热超声键合焊点成形理论

4.3 热超声键合界面连接机制

4.4 NiPdAu预镀框架铜线键合成形机理研究

4.5 本章小结

5预镀框架铜线键合的后热处理研究

5.1 热处理工艺简介

5.2 热处理实验及拉力测试

5.3 键合样品拉力测试结果

5.4 热处理对铜丝键合的影响分析

5.5 热处理对键合改善的机理分析

5.6 本章小结

6全文总结及展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士期间发表的论文