銅線鍵合技術及設備的研究與應用分析

孟 丹

（遼寧華盛潤瀛科技有限公司，遼寧 沈陽 110000）

近年來，由于封裝技術的不斷更新，使得封裝產品在質量上的要求也逐步升高。在常規的芯片封裝當中，鍵合引線往往采用的都為金線，金線具有較高的可靠性與導電性，因此始終沒有其他的材料能夠將其徹底替代，同時在半導體式的分立器件里的引線鍵合當中一直發揮著極其重要的作用，而且其鍵合工藝也是非常成熟的。此外，因金線的價格越來越高，使封裝的成本也始終無法降低，此問題在業界一直被廣泛的關注；基于這種情況，有些公司便紛紛開始投入到了對銅線技術的開發和研究當中，而使用銅線作為鍵合引線替代金線能夠在很大程度上降低封裝的成本費用，并在市場競爭力逐步提升的電子信息產業當中占據有利的地位。

1 銅線鍵合技術的研究與應用

1.1 銅線鍵合的失效模式

盡管銅線鍵合技術占據著諸多的優勢，但在焊接銅線時也存在不足之處，在引線焊接的工藝當中，銅線的焊接能力并不是十分的理想。因銅材料具有較強的硬度，使得鍵合墊彈坑與鍵合墊開裂的失效模式常常會產生。而因為受到此破壞作用的影響，使鍵合墊下面的鋁金屬層逐漸變薄，引發熱老化的失效問題；與此同時，因銅材料的非常容易氧化，使得銅鋁接觸層極易發生開裂現象，導致銅鋁焊接不具備較高的強度；此外，因銅具有較高的熔點，在焊接的時候時必須要有足夠的能量與焊接力，以便于得到真空球，這樣也使硅彈坑更容易形成。在銅線鍵合技術當中，還伴隨著諸多的失效模式以及廢品的形成，包括在應用中產生的焊點不粘、線尾焊球、焊點提拉、引線短路、引線斷裂、高爾夫球鍵合以及焊盤/焊球短路粉碎性鍵合等。

1.2 銅線鍵合的自由空氣球參數

銅線鍵合所產生的失效模式，尤其是彈坑的產生大大的提高了生產工藝的控制難度，因此，就必須要采取有效的措施改進并控制相應的參數，盡量避免失效問題的出現。在經過了詳細的分析后得知，要想讓銅線鍵合技術取得成功，首先就必須要得到完美的自由空氣球，主要是由于已經氧化的銅球無論使用多大的焊接力與超聲能量，都不會形成鍵合。而應用K&S8028 PPS機型的銅線鍵合技術，通過對產生的銅球的相關參數的研究和設備的調試就能夠對焊接球的最終結果加以后效的控制。

1.3 銅線鍵合工藝的焊接參數研究

一般情況下，和金線鍵合技術相比，銅線鍵合技術會使金屬襯墊以及下層結構受到更大的應力，所以一定要使用一些非常規的方法盡量降低其造成的影響。對此應重新設計相關的襯墊鍍層金屬，提高其堅硬度，使其能夠承受應更大的壓力。有研究人員曾做過相關的測試，最終結果表明，當襯墊的硬度達到了某個臨界值的時候，就能夠解決下層結構發生斷裂的問題；但是，在加大襯墊的硬度前，要重新評測晶片的相關制造工藝，這也就使得前期工藝的研究成本大大的增加了。倘若不能采用提升襯墊硬度的辦法，那么就要有效設置和調整生產的工藝，為得到最佳工藝參數，一定要充分掌握每一個會對焊接的質量構成影響的因素。

2 銅線鍵合技術設備的研究與應用

（1）金線設備升級為銅線。銅線所具備的性能比較特殊，在鍵合的過程當中比金線更易出現失效現象，銅具有較強的金屬活性，在進行高壓燒球的時候非常容易被氧化[1-3]。而倘若焊球發生了氧化，那么銅球也就不能與焊盤充分鍵合，由此發生焊點不粘以及缺乏剪切力等失效現象，因此，必須要對其進行有效的防氧化處理。比較常見的方法就是在高溫燒球的過程中，加入定量的氮氫混合氣體，以此對燒球加以保護，在銅線的線徑或者生產出的產品存在差別的時候，就要對流速、保護的氣流量以及相關的參數在此加以調整。

（2）金線設備轉向銅線的升級和改造。其一，氣體管路的鋪設。對于任何型號的鍵合設備而言，要想升級其銅線工藝，就必須要先做好混合氣體的接入工作[4]。因此，相關廠務部門一定要將混合氣體的管路鋪設好，同時還要確保安全性。其二，安裝設備里面的混合氣體管路。在安裝管路的過程中，要按照具體的需求，配置氣體開關、過濾器以及流量計等相關的器件。而所選取的流量計的刻度應在0到1.0L/M范圍內。其三，安裝打火系統的相應工具包。不同的工具包往往會在不同型號的設備上起到不一樣的作用，但當中一定要安裝帶有打火桿的氣體保護系統。其四，對高電流的打火箱進行升級。其也是與設備的類型存在關系，比如在對ASM公司所生產的某種型號的鍵合設備進行升級時，要將打火箱和相關的附屬設備進行更換；還有些鍵合設備在升級的時候只要把擋位調至高電流就可以了。但所要達到的目都是為讓打火系統能夠產生出較高的電流。其五，將線夾換掉。更換線夾的操作并不復雜，其與更換普通線夾的方法大同小異，唯一不一樣的就是有些設備在更換了線夾之后要進行校正，同時要對校正的最終結果進行嚴格的審查。

3 結語

從生產的角度來講，因黃金的價格不斷升高，使得銅線鍵合技術慢慢替代了金線鍵合技術，并在封裝行業但中得到了大力的推廣和使用；實際上，采用銅線鍵合技術不僅能夠大大的節省成本，同時還能有效提升機械運作的性能以及導熱和導電方面的性能。雖然是這樣，因銅線比較容易氧化，也就使得在焊接的過程當中一定用相應的氣體作為保護，這樣也對焊接工藝的穩定性構成一定的影響，導致虛焊與焊點脫落等失效問題的產生；與此同時，銅線的硬度也使得工藝上一定要調整焊接的相關參數，以此增強其可靠性，但同時也存在失效的問題，因此，在今后的生產中，還要對銅線鍵合技術加以進一步的研究。