引線鍵合的低成本分析-中文翻譯

1、引線鍵合的低本錢分析Equipment for Electronic Products ManufacturingEPE （總第 160 期）May.2008 引線鍵合 的低本錢解決方案 Jong-Soo Cho,Jeong-Tak,Moon（R&D,MK Electron Co.,Ltd.Korea,449-812） 摘要:最近,金價不斷上漲突破了 35.4美元/g,同時半導(dǎo)體產(chǎn)品特別是存儲器類產(chǎn)品的價格卻 不斷下降。目前半導(dǎo)體行業(yè)最大的挑戰(zhàn)是如何控制并降低本錢。為了降低引線鍵合的原材料 本錢，近年來金-銀合金引線已被開始用來替代金線鍵合。但是，由于金-銀合金引線鍵合的器 件在測試中出現(xiàn)的故

2、障,不能用于在高濕度環(huán)境下進行可靠性測試（例如PCT測試）的器件，使 其在應(yīng)用上受到限制。研究了傳統(tǒng)Au-Ag合金引線鍵合的電子器件在PCT測試時所產(chǎn)生的 故障機理和杷元素的作用,通過在Au-Ag合金引線中摻入（Pd）鉗元素來阻止在高濕度環(huán)境下 進行可靠性測試時出現(xiàn)的故障。關(guān)鍵詞:Au-Ag合金引線;PCT（高壓爐測試）;潮濕度;可靠性1介紹lai Free Air (UJI dimple, No ofTcentereditsi Bonded Ball I So pod peelingi(c Looping (Good金被廣泛的作為半導(dǎo)體封裝的引線鍵合。然 而，為了降低半導(dǎo)體工業(yè)的本錢，用其它

3、廉價的 金屬線替代金線成為一個嚴(yán)峻的問題。金和銀能 純粹的溶解，使高容量的銀作為合金成分加入金 成為可能，因此可以節(jié)約半導(dǎo)體封裝中的金屬線 本錢。這個眾所周知，然而，金銀球與鋁墊之間 連接的退化是一個嚴(yán)峻的問題。濕度可靠性問題 在金銀合金中起的障礙作用給半導(dǎo)體封裝減低成 本帶來了困難。有兩個問題需要考慮：（1）為什 么金銀球與鋁材料的粘合能力在濕度測試中如此 脆弱。（2）在金銀合金線中用Pd元素解決濕度可 靠性中未實現(xiàn)的問題。2討論與結(jié)果FAB的三種形狀：第一種連接、第二種連 接、環(huán)狀連接Fig I Scvondmy ckxtnm“ft，wtrr hcmdins71 2* (MiiLh) bu

4、ndx (Ne heel vrwk)電子掃描顯微鏡圖象監(jiān)測查出在圖1中不 論是自由氣球連接第一種連接、第二類針腳連接 還是環(huán)狀都有優(yōu)點和缺點。結(jié)果是，我們需要的 是在所有情況下都不會出現(xiàn)問題的類型。高壓爐測試后的連接能力4N的金、含15%的銀的金、含15%銀和5% 鈿的金三種金屬線（直徑均為20微米）以球形方 式連接到鋁上面。使這三種樣例作用在JESD 22-A102,高壓爐條件下（121攝氏度，204.9X10（-3）兆帕 100%RH）incy B在圖2中顯示了垂直線描述了連接拉力測試水平，水平線描述了高壓爐測試的持續(xù)時 間。查看圖表可以看出含銀15%的金的的金屬線和純金的金屬線比照高壓爐

5、測試24小時后 連接拉力水平大幅度下降。再次進行比照，金含量為99.99%的金屬線和含！金中含15%銀 5%鈿的金屬線，同樣條件下，他們保持了原來的連接拉力水平。因此，我們知道鈿元素可以減緩 含15%銀的金線在高壓爐測試中連接力 的降低。圖3顯示了球形扭轉(zhuǎn)測試結(jié)果， 在含銀15%的金線中，球形扭轉(zhuǎn)測試水 平和圖2中的連接拉力測試水平相比擬 下降緩慢。但總體趨勢和圖2中的連接 拉力測試水平幾乎相似。圖4反映出了含銀15%金線與鋁墊分界面經(jīng)過高壓爐測試后的電子發(fā)射 掃描顯微鏡圖像，查看圖片可以發(fā)現(xiàn)在 鋁墊上有金屬化合復(fù)合物。這就是觀測 到的黑色線條，含銀15%的金線與金銀 鋁復(fù)合物之間的微小裂縫。

6、Aul5% Ag4N Au0 24 48 72 Q6BPT (Bond Pull Toil) rculls ihivugh R I ，Prc”iire( IM圖5顯示了這條線沿著電子發(fā)射掃描顯 微鏡圖像中的紅線經(jīng)過電子數(shù)據(jù)測試后 的掃描分析，分析還顯示了氧、鋁、金、 銀四種元素。作為一個顯著的結(jié)果，我 們可以發(fā)現(xiàn)氧氣高峰和鋁高峰周圍是裂縫較多的區(qū)域。從裂縫周圍的鋁氧化物, 我們可以猜測裂縫是由鋁氧化物引起的。氧化層與裂縫發(fā)生的原因是電流腐蝕,IDS(uiih STEM i tnuige of ihtf intcrfiKc bcruccn Au-14%Ag y ire and Al metill

7、ization after PCTFig 3 BSTlBaJI Shear Testi zmi心 through K F (Pnessim: Cooker Tz)hg 4 Sll：M(Scaiining IransniMon Ekvtnm Micrtiscupy) inuge of the interface between Au-l5%Ag wire and Al mcullizaiion after PCT即銀的移動現(xiàn)象。圖6顯示了含銀15%的金線之間經(jīng)過 電子射線顯微鏡圖像與經(jīng)過電子能量損失光 譜儀繪制的氧的圖像的分界面。觀測到IMC 的厚度在50至100納米之間，裂縫在10至 30納米

8、之間。經(jīng)過電子能量損失光譜儀分繪制的氧元素都分布在裂縫的區(qū)域，因此裂縫是由腐TEMEELS WEcctranbncn)UnkSpcvtnMMcr蝕導(dǎo)致這個結(jié)論再次被證實。圖7顯示了電子射線顯微鏡和電子能量損失光譜儀分 析鈿元素對含銀15%鈿5%的金線球與鋁材料分界面經(jīng)過高 壓爐96小時測試后的影響。查看電子射線顯微鏡和電子能量損失光譜儀圖像可rig 6 TbMlTrnfiMTiiMM EELSlHcctron Fncrjj Loss Spcctnwndcri of the mtcrtMX between Au-15% Ag *ire and Al mcullumtion after PCT以發(fā)

9、現(xiàn)更稀少的金屬復(fù)合物還有更少氧與 沒有鉗元素之間的比擬。測量得到IMC的 厚度在20至30納米之間，并且在電子射 線顯微鏡圖像中沒有發(fā)現(xiàn)裂縫。因此，在含銀15%的金線中加入鈿 會使形成的金屬氧化復(fù)合物和氧更少，并 且沒有裂縫。3結(jié)論含銀15%的金線連接到鋁墊的情況（1）高壓爐測試使得連接強度大幅下降TEM (T ruianissiofil icctnoM icroscopslThM image & oxygen nuppmg tnuge by thLS of the mtcftiwc betuven Ai-l5nAg-5*Pd wire and Al mctAHization after PCT（2）鋁氧化層的形