引线键合的低成本分析-中文翻译

1、引线键合的低本钱分析Equipment for Electronic Products ManufacturingEPE （总第 160 期）May.2008 引线键合 的低本钱解决方案 Jong-Soo Cho,Jeong-Tak,Moon（R&D,MK Electron Co.,Ltd.Korea,449-812） 摘要:最近,金价不断上涨突破了 35.4美元/g,同时半导体产品特别是存储器类产品的价格却 不断下降。目前半导体行业最大的挑战是如何控制并降低本钱。为了降低引线键合的原材料 本钱，近年来金-银合金引线已被开始用来替代金线键合。但是，由于金-银合金引线键合的器 件在测试中出现的故

2、障,不能用于在高湿度环境下进行可靠性测试（例如PCT测试）的器件，使 其在应用上受到限制。研究了传统Au-Ag合金引线键合的电子器件在PCT测试时所产生的 故障机理和杷元素的作用,通过在Au-Ag合金引线中掺入（Pd）钳元素来阻止在高湿度环境下 进行可靠性测试时出现的故障。关键词:Au-Ag合金引线;PCT（高压炉测试）;潮湿度;可靠性1介绍lai Free Air (UJI dimple, No ofTcentereditsi Bonded Ball I So pod peelingi(c Looping (Good金被广泛的作为半导体封装的引线键合。然 而，为了降低半导体工业的本钱，用其它

3、廉价的 金属线替代金线成为一个严峻的问题。金和银能 纯粹的溶解，使高容量的银作为合金成分加入金 成为可能，因此可以节约半导体封装中的金属线 本钱。这个众所周知，然而，金银球与铝垫之间 连接的退化是一个严峻的问题。湿度可靠性问题 在金银合金中起的障碍作用给半导体封装减低成 本带来了困难。有两个问题需要考虑：（1）为什 么金银球与铝材料的粘合能力在湿度测试中如此 脆弱。（2）在金银合金线中用Pd元素解决湿度可 靠性中未实现的问题。2讨论与结果FAB的三种形状：第一种连接、第二种连 接、环状连接Fig I Scvondmy ckxtnm“ft，wtrr hcmdins71 2* (MiiLh) bu

4、ndx (Ne heel vrwk)电子扫描显微镜图象监测查出在图1中不 论是自由气球连接第一种连接、第二类针脚连接 还是环状都有优点和缺点。结果是，我们需要的 是在所有情况下都不会出现问题的类型。高压炉测试后的连接能力4N的金、含15%的银的金、含15%银和5% 钿的金三种金属线（直径均为20微米）以球形方 式连接到铝上面。使这三种样例作用在JESD 22-A102,高压炉条件下（121摄氏度，204.9X10（-3）兆帕 100%RH）incy B在图2中显示了垂直线描述了连接拉力测试水平，水平线描述了高压炉测试的持续时 间。查看图表可以看出含银15%的金的的金属线和纯金的金属线比照高压炉

5、测试24小时后 连接拉力水平大幅度下降。再次进行比照，金含量为99.99%的金属线和含！金中含15%银 5%钿的金属线，同样条件下，他们保持了原来的连接拉力水平。因此，我们知道钿元素可以减缓 含15%银的金线在高压炉测试中连接力 的降低。图3显示了球形扭转测试结果， 在含银15%的金线中，球形扭转测试水 平和图2中的连接拉力测试水平相比拟 下降缓慢。但总体趋势和图2中的连接 拉力测试水平几乎相似。图4反映出了含银15%金线与铝垫分界面经过高压炉测试后的电子发射 扫描显微镜图像，查看图片可以发现在 铝垫上有金属化合复合物。这就是观测 到的黑色线条，含银15%的金线与金银 铝复合物之间的微小裂缝。

6、Aul5% Ag4N Au0 24 48 72 Q6BPT (Bond Pull Toil) rculls ihivugh R I ，Prc”iire( IM图5显示了这条线沿着电子发射扫描显 微镜图像中的红线经过电子数据测试后 的扫描分析，分析还显示了氧、铝、金、 银四种元素。作为一个显著的结果，我 们可以发现氧气高峰和铝高峰周围是裂缝较多的区域。从裂缝周围的铝氧化物, 我们可以猜测裂缝是由铝氧化物引起的。氧化层与裂缝发生的原因是电流腐蚀,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即银的移动现象。图6显示了含银15%的金线之间经过 电子射线显微镜图像与经过电子能量损失光 谱仪绘制的氧的图像的分界面。观测到IMC 的厚度在50至100纳米之间，裂缝在10至 30纳米

8、之间。经过电子能量损失光谱仪分绘制的氧元素都分布在裂缝的区域，因此裂缝是由腐TEMEELS WEcctranbncn)UnkSpcvtnMMcr蚀导致这个结论再次被证实。图7显示了电子射线显微镜和电子能量损失光谱仪分 析钿元素对含银15%钿5%的金线球与铝材料分界面经过高 压炉96小时测试后的影响。查看电子射线显微镜和电子能量损失光谱仪图像可rig 6 TbMlTrnfiMTiiMM EELSlHcctron Fncrjj Loss Spcctnwndcri of the mtcrtMX between Au-15% Ag *ire and Al mcullumtion after PCT以发

9、现更稀少的金属复合物还有更少氧与 没有钳元素之间的比拟。测量得到IMC的 厚度在20至30纳米之间，并且在电子射 线显微镜图像中没有发现裂缝。因此，在含银15%的金线中加入钿 会使形成的金属氧化复合物和氧更少，并 且没有裂缝。3结论含银15%的金线连接到铝垫的情况（1）高压炉测试使得连接强度大幅下降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）铝氧化层的形