键合过程中金属间化合物形成区域的分布研究

• 作者: 刘美 王志杰 孙志美 牛继勇 徐艳博
• 来源期刊: 电子与封装
• 关键词: 铜引线键合 金属间化合物 冲击力 成形力 摩擦力 键合力
• 年，卷（期）: 2021,（8）
• 所属期刊栏目: 封装、组装与测试|Packaging & Assembly & Testing
• 页码范围: 34-47
• 页数: 14页
• 分类号: TN405.96
• 语种: 中文
• DOI: 10.16257/j.cnki.1681-1070.2021.0808

摘要

近年来,在半导体集成电路封装工艺中,金线逐渐被铜线所取代,以获得更低的制造成本、更优异的电学/热学性能和更高的产品可靠性.然而,由于铜线比金线硬度高且易氧化,使得在焊线工艺中铜铝金属间化合物(Intermetallic Compound,IMC)没有传统的金铝金属间化合物致密度和覆盖率高,容易对焊盘下方的电路造成机械损伤,而疏松、低覆盖率的金属间化合物又会影响产品的耐氯腐蚀特性和产品可靠性,因此如何优化铜焊线工艺、提高铜铝间金属化合物的致密度和覆盖率变得非常重要.以CMOS 90nm工艺测试芯片为研究对象,通过SEM、XRD等实验仪器,3D弹塑性耦合有限元分析、实验设计等研究方法,对铜铝金属间化合物的形成机理、相态分布和致密度进行了系统的研究.将焊线过程细分成冲击、成型、摩擦和键合4个阶段,对每个阶段的铜铝金属间化合物的相互作用机理及其关键影响参数进行了有限元分析和实验验证.最终建立了稳健、实用的铜线焊线工艺窗口,实现了高覆盖率、高致密度的铜铝金属间化合物,期间采用的分析方法和手段也为其他半导体芯片焊线工艺参数优化提供了理论和实践的指导.