功率晶體管封裝中銅絲鍵合工藝的可靠性研究.pdf

1、銅絲鍵合技術(shù)由于其低成本、高性能的特點,在半導(dǎo)體的功率晶體管領(lǐng)域中已經(jīng)逐漸替代金絲工藝在生產(chǎn)中批量運用。但是銅絲鍵合工藝在實際運用中易氧化,硬度大的問題還是影響著銅絲工藝的穩(wěn)定性。為了加強銅絲鍵合技術(shù)的工藝寬容度,提高可靠性。本文在銅絲鍵合工藝和設(shè)備研究的基礎(chǔ)上,重點在銅絲設(shè)備的工藝控制和芯片鍵合區(qū)鋁層上進行分析和設(shè)計,同時對熔斷電流下銅絲的熱分布等引入了計算機輔助分析。為了便于說明銅絲的優(yōu)異性能,把金絲鍵合作為對比研究對象引入了本文研

2、究的范圍。本論文的研究包括以下幾個方面:(1)銅絲氧化問題的解決,確定了0.8L/min的FAB(Free Air Ball)保護氣體流量。通過軌道的防氧化改造,使軌道溫度升高40℃也沒有發(fā)生氧化,提高了銅絲鍵合能力。分析了在FAB過程中,電流大小和放電時間與銅球大小成正比關(guān)系,并且電流大小起主要作用。(2)分析了在銅絲鍵合中虛焊和彈坑這兩種失效模式的失效機理,得出這兩種失效模式既相關(guān)聯(lián)又相互矛盾。利用外觀檢驗、引線拉力測試和銅球剪切力

3、測試的方法對虛焊和彈坑進行鍵合工藝參數(shù)的比較選擇,得出了小功率(40)大壓力(90)的最佳參數(shù)組合。最后用FLOTHERM分析軟件得出了熔斷電流下銅絲的熱分布模型。(3)為了設(shè)計出適合銅絲工藝的芯片,增強銅絲鍵合的工藝寬容度,通過大量試驗對比分析,得出了4um的最佳鋁層厚度,并確定了致密鋁層的表面狀態(tài)更適合銅絲工藝。對比得出了鋁層下的硅基底材料比二氧化硅基底材料更耐銅球的沖擊,不容易發(fā)生彈坑損傷。通過彈坑產(chǎn)生的機理分析,發(fā)現(xiàn)了二極管的方