铜线键合工艺

1、一、        铜线键合工艺. O- 1 & & i" eA、铜线工艺对框架的特殊要求-铜线对框架的的要求主要有以下几点：/ v% z$ / w4 t8 T" r1 _) B1、        框架表面光滑，镀层良好；4 O3 u' $ ( 5 p" |- A2、        管脚共面性良好，不允许有扭曲、翘曲等不良现象6 J: 4 f$ U9 J' ; B0 d管脚粗糙和共面性差的框架拉力无法保证且容易出现

2、翘丝和切线造成的烧球不良，压焊过程中容易断丝及出现tail too short ；2 s. / C# e$ q! VB、保护气体-安装的时候保证E-torch上表面和right nozzle 的下表面在同一个平面上才能保证烧球的时候，氧化保护良好同时气嘴在可能的情况下尽量靠近劈刀，以 保证气体最大范围的保护. b* a# c! 3 b1 b; f  EC、劈刀的选用同金线相比较，铜线选用劈刀差别不是很大，但还是有一定的差异：2 b9 P" , Q3 D* 7 p   1、铜线劈刀T 太小2nd容易切断，造成拉力不够或不均匀# c7 - G! b

3、* ,    2、铜线劈刀CD不能太大，也不能太小，不然容易出现不粘等现象- w0 d$ W; X; s7 A   3、铜线劈刀H与金线劈刀无太大区别（H比铜丝直径大8µm即可，太小容易从颈部拉断）: % b8 z+ w2 H( T   4、铜线劈刀CA太小线弧颈部容易拉断，太大易造成线弧不均匀；4 F& L7 T, ) y: N# D( B   5、铜线劈刀FA选用一般要求8度以下（4-8度）5 j) V. - w0 1 $ y; F3 C4    6、铜线劈刀OR选用大同小

4、异2 s5 e( X4 J; 7 O* J  C% eD压焊夹具的选用) ?- N  Y% c9 O, r4 X7 x  铜线产品对压焊夹具的选用要求非常严格，首先夹具制作材料要选用得当，同时夹具表面要光滑，要保证载体和管脚无松动要，否则将直接影响产品键合过程中烧球不良、断线、翘丝等一系列焊线问题。" u/ q, E2 m# K$ . f5 Y/   h! U' E/ Q1 f二、        铜线的特性及要求6 ( F3 R. K4 r# F&

5、a切实可行的金焊线替代产品 。  & M* Y) n& |6 H3 Y. v5 M细铜焊线（<1.3mil）' v8 T. B! 9 h6 Q) A; a) l& H$ y铜焊线，机械、电气性质优异，适用于多种高端、微间距器件，引线数量更高、焊垫尺寸更小。6 k) ! j  A; _0 T, _+ r4 Z ) V% p9 T3 b0 % % A6 k铜焊线（1.3-4mil）+ V* |7 : j5 L1 / x5 T0 4 Y& R3 m& |9 y5 g4 2 p铜焊线，不仅具有铜焊线显著的成本

6、优势，而且降低了铜焊点中的金属间生长速度，这样就为大功率分立封装带来了超一流的可靠性。: I0 i+ n( y# ?0 G. f2 * J 6 )   m3 b, C7 b$ O9 i铜焊线的成本优势1 q4 Q( x' q6 & E$ ?; F# S3 Z2 G9 A# Y)   ! n由于铜的成本相对较低，因此人们更愿意以铜作为替代连接材料。对于1mil焊线，成本最高可降低75%*，2mil可达90%*，具体则取决于市场状况。0 Z& 5 y$ P8 j2 S8 o, k: T% X # |3 h! D& u- _-

7、F- p+ D- n  U铜焊线的优异性能 6 ; _! N4 9 i铜线的导热导电性能显著优于金线和铝线，因此能够以更细的焊线直径达到更好的散热性能及更高的额定功率。与金相比，铜的机械性质更强，这样在模压和封闭过程中可以得到优异的球颈强度和较高的弧线稳' F! y5 K/ o& i7 E* 1 v铜焊线的优点（与金焊线相比） , J5 t* q6 J& |, _& 材料成本低                 降低单位封装成本，提高竞争优势 ' d( A+

8、 N: t. N  i( n8 u# J7 g; t( u导电性好/ r. g* O& j- ?/ s4 ; P' N+ j/ e金焊线4.55 10 E7/ Ohm m , j# H& Y& k7 p+ a1 M9 r8 Q) f0 + j铜焊线5.88 10 E7 / Ohm m                 在微间距封装中可以采用更细的焊线 * G9 H! : f3 p+ H( c8 f        微间距应用性能

9、优异（焊垫尺寸较小） 4 4 C4 4 N0 $ H+ m        提高功率调节器件（TO220、TO92、DPAK等等）的电流容量和性能 6 X! u2 N/ f% V$ d, O5 7 q导热性好+ l/ P) v& M9 u$ r! H8 A2 d金31.1 kW/m2 K 0 z* A1 J; _$ 4 u/ s4 f铜39.5kW/m2 K                 传热效率更高 7 m9 S9 * l2 t1 s3 5 S机械性质高  

10、;               抗拉强度更大、延伸特性更好 7 Z: c; ) B3 & : c8 m! D0 N7 s        模压中具有优异的球颈强度和较高的弧线稳定性 " N0 w4 l% b$ o& n8 z0 S3 , q, y金属间（IMC）生长速度慢                 提高机械稳定性、降低电阻增加量 % j) B% l* n8 M& r&#

11、160;       IMC生长较为温和，从而提高了键合强度 ; s5 T9 c9 D7 ?- b8 p降低金属间生长速度，提高可靠性 ) 0 a1 g: A7 N4 K" ' f2   : S1 i' l! X5 h! Q6 w与金线焊点相比，铜线焊点中的金属间生长速度显著减小。这就降低了电阻、减小了产热，并最终提高了焊接可靠性和器件性能。由于铜线中的金属间生长速度、电阻和产热均低于金线，故而电阻随时间的增加量和老化速度同时得到减小。 0 q3 j9 O3 _3 0 y9 D铜线在焊接后能够形成比金线更稳定、刚性更好

12、的弧形) * B! P/ t  s能够适应更长的弧度（最长弧度7mm） 2 q+ H0 |+ K6 J; q铜焊线典型尺寸及标准机械规格 ! m/ s7 a6 M/ B9 r. e& v. 2 S7 b直径         um         20         25         28         30        

13、 38         50         65         75 7 y& m0 , 6 x" A9 ! O$ M'           密耳         0.8         1.0         1.1       

14、0; 1.2         1.5         2.0         2.5         3.0 , C0 R, L+ G7 V; , A9 g延伸率（%）         8-16         8-16         10-20         10-20 &

15、#160;       10-20         15-25         15-25         15-30 7 q" o. x. V" P% + L2 s9 T( K断裂荷载（g）         5-10         8-15         10-20     

16、0;   12-22         20-30         40-55         60-80         80-120 ( S+ |+ e* ; C铜焊线的包装与存放4 c, K- W/ Z9 Y7 / h铜具有较强的亲氧性，因此必须对铜焊线进行保护以延长其保存期。为此各卷铜焊线均采用吸塑包装，并在塑料袋内单独密封" a, 5 q7 g4 g( K; k- ?$ R6 v除了以上优点为，铜线还有以下特

17、性：# % ?, L4 D: O7 L$ _/ L7 q1.铜线易氧化，原则上拆封的铜线48小时用完。- m! u( G; L$ q/ I) y. L  2.铜线硬度高，容易产生弹坑、不粘、断丝、烧球不良! k9 f" 0 p3 f+ c; E三、铜线和金线在键合工艺参数的区别; T0 k" U4 v( . " E, 8 f& x1.EG-60 铜线压焊工艺参数与金线相比较最大的变化是加大了contact force，以增加产品的可焊性，为了减小弹坑风险，一般情况下1mil以下铜线采用LOW-Power模式，而1.2mil以上一般采用H

18、igh-power模式$ A; : d; c8 B+ 9 cSet up machine$   d7 q, I1 l- b3 w$ t       u Set up machine(改为铜线方式)5 F7 * M; q' u. r; r        F16(2009) 1090ABBB  bond sequence   normal (goldØ wire)->copper/ j0 C# d  j8 D&quo

19、t; d5 c  a        F16 Tail control (减少tail too short 报警)u0 ?6 J$ W0 U/ " c        F16Ø 1090ABB400 A6 Y/ k) m- ?8 D+ E& l% K# y* z, h        Menu 1   12-16l) J# D3 K# g9 N! z0 G6 p! |     

20、60; Menu 9   20l, W9 E: f  ?3 A; w6 c2 u        Menu A   8l* J" o7 b+ _/ A  u: c) F       u F15 bond process control(减少 NSOP NSOL)/ s/ v* ?0 m1 M' r2 E        F15Ø (2002)10803& G. S2

21、 I* R# _/ N0 E   l     Menu 0    比gold wire 要 大一些( S3 D  b: * I7 ?3 N/ S(         Menu 3     0l$ v* A9 y3 F) C  U/ e$ g& B        Menu 4 l    比bond force 稍小2 U2 c. m0

22、 t$ l9 X: b8 E' L! M7 JSet up machine6 V2 d) Y1 g% C" O: Q5 W       u Search high ( 减少 NSOP  & tail too short)9 7 e- l) z( L( A# - R! r% S5 v        Gold wire :             Ø   

23、 8-12  ) 3 f" 0 + u% A       Ø copper wire :               10-15" u4 X+ Y4   Q+ x        EFO parameterØ/ j! O( T* U) N( J$ M) R        Wire size

24、(mil)         0.8    l    1.0              1.5       2.02 s- z2 q/ p4 u        Current  (mA)          5000-700

25、0             12000-15000l! H8 K& E; R) w; X- L4    l      time  (us)                  500-800             

26、60;   1200-1800- L* f( _; o& t/ O9 t; v$ % t) Set up machine+ 1 A& O" x3 N* q7 N( D+   Y        BQM set upØ& / h8 q+ 8 U4 q        Wire size (mil)       0.8-1.2         

27、;      l 1.5-2.01 O9 K5 |, H2 G) Q  M  a        Rise time               1-2                l    2-3; P1 A& 0 S- W5 a

28、& b9 _        Power level              low                l    high4 y' G# W( k) x) m2 u       l Power control     &#

29、160;   const-p                const- p) X- x0 I6 B' l8 s: J        Speed setØ& r! v3 j, H' h4 m. Q3 H- L        F15 比goldl wire 稍低.        512-640 

30、                  384-512+ r, s+ D- o8 e% E4 l3 A0 TSet up machine% n7 L6 p! H4 l& N* n' q, y        Set up machineu+ e, R: w/ q5 J0 D        To Copper WireØ( Y4 e- T8 ?9 a( X8 _( Q2

31、 Y: P        1  Higherl EFO current for Cu2 r+ r' G, ?4 j- m6 y2 S; P0 q        2  Shorter EFO time for Cul" j  n& ?) e. k; 0 r* U- t& a        3  In general, higher forcel & powe

32、r6 V: u- ( X* 3 c, D2 f8      l   4  Longer Time factor( j+ d8 2 X2 u l       5  Higher WC force due to Cu hardness) n; Y# X9 S3 J1 I, j  K       l 6  Less Contact Power, use force to deform the ball

33、during the contact stage then apply more base power" U  F9 t: U7 G' S3 q% 7 _% Production issue: f3 s7 j# X# Y! * c' _+ T+         Ball  u, n! h% s5 5 g; M          球不良原因：Ø , d% R+ q7 G! M( L, A0 Y    &

34、#160;l    吹气保护不好 " q2 ?+ " h& H5 k0 c     l    铜线开封后防止时间太长线有氧化（小时） 5 T& 8 R: z9 e/ g+ P        Tail length  不稳定导致烧球不好l . B/ y3 Z. z8 O! L- A        Capillary  选择型号不对l - k( B; J&

35、#39; W0 Y( c8 Q$ e        Action:Ø. a' ( e6 U1 w$ g: a       l 调整吹气装置和E-TORCE位置，保证保护良好1 _& w, ?! q9 v7 v$ l        更换铜线l, U3 U2 q, r0 i4 P4 r) p3 e        调整nd 焊接参数（base power and base force)保证tail length 稳定

36、l2 H' G+ z' Y% + H; n. s9 v!        l 选用合适的capillary# S2 x8 N" p  h0 E% M/ AProduction issue* x$ Z$ i8 _& R, E" K6 I%   S        1stu 0 k. E+ z& M" o; R& h         NSOP &

37、#160;原因：Ø 4 F7 V/ a  V1 M( A: v3 G       l Bond power  太小 4 L8 % W$ w6 n" ! l- n l       Bond force  太大 ! L) J9 q9 g4 y+ k" s' Z, t2 X        Action:Ø3 U, H: C7 f! g0 _3 w! R   

38、;    l 在保证无crater 的前提下调整power and force * o7 L  M% y1 Y1 0 H# M+ tProduction issue3 h. Y2 G, C: :         2ndu6 f) K; b/ a& h" h: S: j+ r: f4 D         NSOL  原因：Ø ' ?& n1 d8 % ' F0 F   

39、;    l Bond power  太小或者太大3 Z9 Z. L4 6 o5 K- f        Bond force  太大或者太小l / K! F3 N- O) g# 9 - v  Z8         Action:Ø) P& c6 X" z) f# C+ C       l 如果焊接后无留金痕迹应该调大 base power 3 J' v&

40、; m& ) X+ i7 C$ X4         如果焊接后有明显压断痕迹，应该调小 base power and forcel# H2 " m5 v% 9 e8 UProduction issue1 Q$ e( J+ X& Y' B4 V2 -         2nd 后u * J( C" Z" m. K8 a* 8 k5 ) a1          tail too short 

41、60;原因：Ø 5 u- u9 t/ J3 D% e5 X+ ?     l    管脚位置浮动 + $ C9 z- / g( X* g" X- x        Bond power  太小或者太大l, c/ ?2 L! Y1 r9 A+ v/ O* R     l   Bond force  太大或者太小 $ Q! & v6 D$ v# A! y     

42、   Action:Ø/ & s' , y' b* J8 |4 G- T# r5 M        调整该焊点位置l- G; k% j1 e- L! F( x        如果报警后可以直接从capillaryl 穿下线，应该是base power 较小，应该调大base power或者减小base force & ?7 M- h0 f- - _       l 如果报警后线不能直接穿下capillary，必须把线拔除再穿

43、的话，应该减小base power 或者增大base force.* |1 c/ C$ |$ E3 y/ K3 Y  Z# l四、铜线对生产效率和产品质量的影响- |, m/ ; U1 i% v8 g1 T$ t. v  1、产能相对较低-铜线硬度要强于金线，压焊过程中断丝几率和不粘相对增大，考虑到可焊性等因素，压焊速度相对较慢，正常情况下设备利用率是金线设备的2/3左右。4 A. p3 h0 F& c* F7 "   2、偏心球、烧球不良（高尔夫球）产生较多-铜线2nd焊点切线稍有异常，将直接影响1st焊点烧球，气

44、体保护范围太小或框架、夹具异常均会影响1st焊点烧球，所以在出现以上现象是，首先应排除硬件原因，然后再从参数方面解决。$ R, w% a- s9 k# U# X& / N  3、不粘产生频繁-由于铜线的特殊性，键合过程中不粘现象较为严重，在铜线键合过程中出现不粘，应从以下方面解决：) c& _7 P% v# V* u     A、要保证拆封的铜线无氧化，沾污，拆封的铜线要在48小时内用完。7 Q& T1 0 , z' D/ D   B、夹具表面平整光滑，载体无松动' x, F

45、' b% 5 x$ U7 s+ T9    C、保证烧球的时候，氧化保护良好0 S- O/ d0 E9 a, v6 Y9 U3 1 G   D、切线正常，无偏心球( |7 I6 H4 Y' x( Z3 J   E、装片平整度，胶量充足（胶量不足缺胶直接影响不粘，1.2mil以上铜线最为明显），固化温度均匀；4 q0 R- o% Y5 w! G    F、劈刀选用合理, $ N/ + X8 E* w+ ?. R    G、参数调整9 ?2 n* E1 s  w# t) t7 H4、弹坑风险增加-由于铜线硬度要强于金线，且容易产生氧化，弹坑几率风险大大增9 s!   # K% ; U  Q9 e7 C: z   加。为了减小铜线弹坑风险，需从以下方面解决：1 H4 O& U0 L: I- vA、配备专人每班做例行弹坑验证，包括更换品种，