陳鑫

摘 要 鍍鈀銅線（PdCu）是半導體封裝中傳統(tǒng)金線鍵合向銅線鍵合發(fā)展過程中出現(xiàn)的產(chǎn)物，與裸銅線（Bare Cu）鍵合相比，有著其特有的優(yōu)劣勢。本文通過分析研究發(fā)現(xiàn)兩種銅線工藝參數(shù)有比較大的差別，第一焊點的可靠性測試結果基本相同，而第二焊點結果有一定的區(qū)別。本文主要實驗數(shù)據(jù)研究分析鍍鈀銅線與裸銅線鍵合的區(qū)別，包括第一焊點空氣球的可重復性、電火花（EFO）電流大小對焊接結果的影響、鋁層擠出的比較。第二焊點的焊接表現(xiàn)，參數(shù)范圍的變化?？煽啃詼y試結果等。

關鍵詞 鍍鈀銅線；銅線鍵合；可靠性

中圖分類號：TN405 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）14-0152-02

鍵合工藝（Wire Bonding）是指半導體封裝中用金屬導線將IC芯片上的電極與外部引腳相連接的工藝，即完成芯片與封裝外引腳間的電流通路[1]，目前封裝行業(yè)主要還是以金線（Au）鍵合為主，金線鍵合一直占據(jù)著封裝工藝中的60%市場。而黃金價格不斷上漲，導致封裝成本也隨之增加，將黃金的用量降低到最低是市場的迫切要求。金線主導這一局面將會在這幾年被改變，其中主要接替者是裸銅線鍵合、鍍鈀銅線的鍵合。而裸銅線鍵合實現(xiàn)難度非常大，會有容易氧化的問題、第二焊點不容易焊牢固的問題、工藝參數(shù)范圍窗口小等問題，所以出現(xiàn)了鍍鈀銅線鍵合。

1 鍍鈀銅線與裸銅線鍵合基本介紹

鍍鈀銅線是在裸銅線的基礎上在線的外部鍍一層通常厚度為0.1-0.2 um的鈀金屬。目前市場上鍍鈀銅線的價格是裸銅線價格的2-3倍，但是相比金線來講價格還是便宜很多，只有金線的30%左右。所以在價格方面有很大優(yōu)勢，可以節(jié)約不少成本。

裸銅線鍵合使用的是95%的N2（氮氣）和5%的H2（氫氣）組成的保護氣體（Forming gas），而鍍鈀銅線鍵合只需要純N2就可以，這是因為裸銅線很容易氧化，需要用H2把銅從氧化銅中還原出來?；瘜W方程式：H2+CuO==加熱==Cu+H2O[2]。所以在安全性方面鍍鈀銅線鍵合更有優(yōu)勢，因為不需要氫氣的加入。

在鍵合線的保存期方面，通常鍍鈀銅線在普通環(huán)境中的保存期為1年，而裸銅線在氮氣柜中的保存期只有6個月。故鍍鈀銅線有一定的優(yōu)勢。

2 第一焊點表現(xiàn)比較

2.1 空氣球（FAB）的可重復性

空氣球的可重復性換句話說就是FAB的一致性，是焊接工藝評測標準之一，會影響鍵合過程中第一焊點的可靠性，最終會影響芯片的可靠性。

我們選取0.8mil直徑的鍍鈀銅線，在2種不同的BSR（球尺寸比，球的直經(jīng)除以線的直徑）1.6和2.0下，分別在純N2和FG（Forming Gas）中進行試驗形成FAB，測量FAB的直徑，計算標準方差。

結果表明鍍鈀銅線FAB的標準方差遠低于1%（圖1）（通常封裝行業(yè)標準為1%）。說明了鍍鈀銅線可以形成穩(wěn)定的FAB。進一步看，N2和FG對于FAB的可重復性影響并不是很明顯，故證明了N2用于PdCu的保護已經(jīng)足夠。

2.2 EFO電流大小與FAB硬度的關系

由于鍍鈀銅線在表面電鍍了一層薄薄的Pd金屬層，而Pd本身的硬度就比銅要高，所以相同EFO參數(shù)條件下鍍鈀銅線形成的FAB硬度肯定要高。

我們選用0.8mil的鍍鈀銅線和裸銅線，采用EFO電流逐步遞增的測試方法，觀察EFO電流大小與FAB的關系。得到了隨著電流的增加，鈀元素融入FAB內部就更多的現(xiàn)象，這種結果直接導致了FAB的硬度加強（圖2）。

通過選取60 mA下得到的FAB維氏硬度幾組數(shù)據(jù)，我們得出了鍍鈀銅線FAB硬度與裸銅線FAB硬度的比較數(shù)據(jù)，結果表明鍍鈀銅線FAB的硬度要明顯大于裸銅線FAB的硬度，從而帶來了鍍鈀銅線致命的一個弱點：FAB硬度大導致更多的焊盤開裂和剝落，影響封裝的可靠性。

2.3 鋁層擠出

鋁層擠出是指焊盤（PAD）上的鋁金屬層由于FAB向下的壓焊，導致鋁被擠出原有區(qū)域，一旦鋁被擠出至焊盤的引腳間距以外會造成相鄰焊點的短路。鋁層擠出是引線焊接可靠性考慮的標準之一。典型的鋁層擠出現(xiàn)象見圖3。

通過研究焊接球單位面積上剪切力與鋁層大小的數(shù)據(jù)，我們得到了以下兩者的關系，見圖4。

分析發(fā)現(xiàn)在低單位面積剪切力的情況下，鍍鈀銅線發(fā)生嚴重鋁層擠出的幾率更大，而在高剪切力條件下鍍鈀銅線與裸銅線鋁層擠出差別變小。由此我們可以看出。如何平衡好高焊球單位面積剪切力與鋁層擠出的關系對于鍍鈀銅線來說是個不小的挑戰(zhàn)。

3 第二焊點表現(xiàn)比較

3.1 焊接表現(xiàn)

實驗中，我們選取鍍銀的基板作為焊接材料，每個第二焊點作為一個DOE的單元進行測試計算引線拉力（Wire Pull）及CPK（Complex Process Capability index 的縮寫[3]，是現(xiàn)代企業(yè)用于表示制程能力指數(shù)的指標），得到了以下數(shù)據(jù)，裸銅線拉力范圍在4.5-5.6，而鍍鈀銅線在7.2-7.9之間，而CPK范圍銅線在1.3-2.2而鍍鈀銅線在2.3-3之間。

從以上數(shù)據(jù)中可以看出鍍鈀銅線第二點拉力明顯高出銅線。同樣CPK也有相應的提高。體現(xiàn)了鍍鈀銅線第二焊點的穩(wěn)定性，焊接效果有明顯的提高。

3.2 工藝參數(shù)范圍

可以看出鍍鈀銅線的參數(shù)范圍明顯比裸銅線的參數(shù)范圍寬，這種情況非常有利于工藝工程師對于最佳參數(shù)的調整，得到良好的鍵合效果。

4 可靠性測試

封裝的可靠性試驗是芯片產(chǎn)品投入市場之前必不可少的一個步驟，在對比鍍鈀銅線與裸銅線的可靠性測試方面，我們主要測試了第一焊點球金屬間化合物（IMC）情況及推力和拉力，第二焊點的拉力。測試選取的樣本數(shù)量為40。

第一焊點HTS（高溫存儲試驗，是測試產(chǎn)品長時間暴露在高溫下的耐久性試驗）中IMC變化情況[4]。試驗條件為175攝氏度，0-1000小時。實驗結果發(fā)現(xiàn)鍍鈀銅線的IMC變化情況和裸銅線的IMC變化情況基本類似（圖6）。厚度隨著時間的增加而呈線性增長的圖形也基本相同（圖7）。

第一焊點推力及拉力HTS試驗，同樣是在175攝氏度下，0到1000小時時間范圍。觀察了第一焊點焊球脫離和焊盤彈坑情況，同時記錄第一焊點的推拉力情況。結果未發(fā)現(xiàn)焊球脫離以及焊盤彈坑的情況。而第一焊點的推拉力測試數(shù)據(jù)也比較穩(wěn)定。球的推力基本在15-20gm之間，而球的拉力范圍基本都在8-10gm之間。

第二焊點的拉力情況，我們發(fā)現(xiàn)鍍鈀銅線的焊接拉力是逐步遞增的。而裸銅線在初始階段是遞減，而后呈現(xiàn)維持恒定強度的情況。這充分說明了鍍鈀銅線在第二點焊接的牢度明顯優(yōu)于裸銅線。

5 結論

綜合以上實驗得到的結果以及數(shù)據(jù)分析我們得出了鍍鈀銅線與裸銅線的一些對比，主要有以下方面。成本方面裸銅線低，而鍍鈀銅線相對高一些，但是比金線便宜很多。保護氣體方面鍍鈀銅線具有只用氮氣就可以的優(yōu)勢，而裸銅線需要氮氫混合氣體，成本及危險系數(shù)比較高。FAB的硬度鍍鈀銅線相對于裸銅線要高，容易造成第一焊點的鋁層擠出過度以及彈坑現(xiàn)象。第一焊點參數(shù)范圍鍍鈀銅線比裸銅線要寬，有利于工藝調整。第二焊點焊接效果鍍鈀銅線要優(yōu)于裸銅線，更加牢固。

目前在替代金線鍵合方面我們已經(jīng)取得了很大的進步，有些廠商已經(jīng)把鍍鈀銅線投入實際生產(chǎn)中，但是我們還不能講鍍鈀銅線能完全替代金線作為封裝引線鍵合工藝的線材料，因為我們的最終目的是成本的最小化，可靠性的最大化的結合。

參考文獻

[1]吳建得，羅宏偉.銅鍵合線的發(fā)展與面臨的挑戰(zhàn)[J].

[2]Ainouz L. The use of copper wire as an alternative interconnection material in advanced semiconductor packaging[J].Kns Rep， 1999，11（2）：596.

[3]畢向東.半導體封裝行業(yè)中銅線鍵合工藝的應用[J].電子與封裝，2010，10（8）：1-4.

[4]張濱海，錢開友，王德峻，等.鍍PdCu線鍵合工藝中Pd行為研究[J].工藝技術及成立，2010，35（6）：564.endprint

摘 要 鍍鈀銅線（PdCu）是半導體封裝中傳統(tǒng)金線鍵合向銅線鍵合發(fā)展過程中出現(xiàn)的產(chǎn)物，與裸銅線（Bare Cu）鍵合相比，有著其特有的優(yōu)劣勢。本文通過分析研究發(fā)現(xiàn)兩種銅線工藝參數(shù)有比較大的差別，第一焊點的可靠性測試結果基本相同，而第二焊點結果有一定的區(qū)別。本文主要實驗數(shù)據(jù)研究分析鍍鈀銅線與裸銅線鍵合的區(qū)別，包括第一焊點空氣球的可重復性、電火花（EFO）電流大小對焊接結果的影響、鋁層擠出的比較。第二焊點的焊接表現(xiàn)，參數(shù)范圍的變化?？煽啃詼y試結果等。

關鍵詞 鍍鈀銅線；銅線鍵合；可靠性

中圖分類號：TN405 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）14-0152-02

鍵合工藝（Wire Bonding）是指半導體封裝中用金屬導線將IC芯片上的電極與外部引腳相連接的工藝，即完成芯片與封裝外引腳間的電流通路[1]，目前封裝行業(yè)主要還是以金線（Au）鍵合為主，金線鍵合一直占據(jù)著封裝工藝中的60%市場。而黃金價格不斷上漲，導致封裝成本也隨之增加，將黃金的用量降低到最低是市場的迫切要求。金線主導這一局面將會在這幾年被改變，其中主要接替者是裸銅線鍵合、鍍鈀銅線的鍵合。而裸銅線鍵合實現(xiàn)難度非常大，會有容易氧化的問題、第二焊點不容易焊牢固的問題、工藝參數(shù)范圍窗口小等問題，所以出現(xiàn)了鍍鈀銅線鍵合。

1 鍍鈀銅線與裸銅線鍵合基本介紹

鍍鈀銅線是在裸銅線的基礎上在線的外部鍍一層通常厚度為0.1-0.2 um的鈀金屬。目前市場上鍍鈀銅線的價格是裸銅線價格的2-3倍，但是相比金線來講價格還是便宜很多，只有金線的30%左右。所以在價格方面有很大優(yōu)勢，可以節(jié)約不少成本。

裸銅線鍵合使用的是95%的N2（氮氣）和5%的H2（氫氣）組成的保護氣體（Forming gas），而鍍鈀銅線鍵合只需要純N2就可以，這是因為裸銅線很容易氧化，需要用H2把銅從氧化銅中還原出來?；瘜W方程式：H2+CuO==加熱==Cu+H2O[2]。所以在安全性方面鍍鈀銅線鍵合更有優(yōu)勢，因為不需要氫氣的加入。

在鍵合線的保存期方面，通常鍍鈀銅線在普通環(huán)境中的保存期為1年，而裸銅線在氮氣柜中的保存期只有6個月。故鍍鈀銅線有一定的優(yōu)勢。

2 第一焊點表現(xiàn)比較

2.1 空氣球（FAB）的可重復性

空氣球的可重復性換句話說就是FAB的一致性，是焊接工藝評測標準之一，會影響鍵合過程中第一焊點的可靠性，最終會影響芯片的可靠性。

我們選取0.8mil直徑的鍍鈀銅線，在2種不同的BSR（球尺寸比，球的直經(jīng)除以線的直徑）1.6和2.0下，分別在純N2和FG（Forming Gas）中進行試驗形成FAB，測量FAB的直徑，計算標準方差。

結果表明鍍鈀銅線FAB的標準方差遠低于1%（圖1）（通常封裝行業(yè)標準為1%）。說明了鍍鈀銅線可以形成穩(wěn)定的FAB。進一步看，N2和FG對于FAB的可重復性影響并不是很明顯，故證明了N2用于PdCu的保護已經(jīng)足夠。

2.2 EFO電流大小與FAB硬度的關系

由于鍍鈀銅線在表面電鍍了一層薄薄的Pd金屬層，而Pd本身的硬度就比銅要高，所以相同EFO參數(shù)條件下鍍鈀銅線形成的FAB硬度肯定要高。

我們選用0.8mil的鍍鈀銅線和裸銅線，采用EFO電流逐步遞增的測試方法，觀察EFO電流大小與FAB的關系。得到了隨著電流的增加，鈀元素融入FAB內部就更多的現(xiàn)象，這種結果直接導致了FAB的硬度加強（圖2）。

通過選取60 mA下得到的FAB維氏硬度幾組數(shù)據(jù)，我們得出了鍍鈀銅線FAB硬度與裸銅線FAB硬度的比較數(shù)據(jù)，結果表明鍍鈀銅線FAB的硬度要明顯大于裸銅線FAB的硬度，從而帶來了鍍鈀銅線致命的一個弱點：FAB硬度大導致更多的焊盤開裂和剝落，影響封裝的可靠性。

2.3 鋁層擠出

鋁層擠出是指焊盤（PAD）上的鋁金屬層由于FAB向下的壓焊，導致鋁被擠出原有區(qū)域，一旦鋁被擠出至焊盤的引腳間距以外會造成相鄰焊點的短路。鋁層擠出是引線焊接可靠性考慮的標準之一。典型的鋁層擠出現(xiàn)象見圖3。

通過研究焊接球單位面積上剪切力與鋁層大小的數(shù)據(jù)，我們得到了以下兩者的關系，見圖4。

分析發(fā)現(xiàn)在低單位面積剪切力的情況下，鍍鈀銅線發(fā)生嚴重鋁層擠出的幾率更大，而在高剪切力條件下鍍鈀銅線與裸銅線鋁層擠出差別變小。由此我們可以看出。如何平衡好高焊球單位面積剪切力與鋁層擠出的關系對于鍍鈀銅線來說是個不小的挑戰(zhàn)。

3 第二焊點表現(xiàn)比較

3.1 焊接表現(xiàn)

實驗中，我們選取鍍銀的基板作為焊接材料，每個第二焊點作為一個DOE的單元進行測試計算引線拉力（Wire Pull）及CPK（Complex Process Capability index 的縮寫[3]，是現(xiàn)代企業(yè)用于表示制程能力指數(shù)的指標），得到了以下數(shù)據(jù)，裸銅線拉力范圍在4.5-5.6，而鍍鈀銅線在7.2-7.9之間，而CPK范圍銅線在1.3-2.2而鍍鈀銅線在2.3-3之間。

從以上數(shù)據(jù)中可以看出鍍鈀銅線第二點拉力明顯高出銅線。同樣CPK也有相應的提高。體現(xiàn)了鍍鈀銅線第二焊點的穩(wěn)定性，焊接效果有明顯的提高。

3.2 工藝參數(shù)范圍

可以看出鍍鈀銅線的參數(shù)范圍明顯比裸銅線的參數(shù)范圍寬，這種情況非常有利于工藝工程師對于最佳參數(shù)的調整，得到良好的鍵合效果。

4 可靠性測試

封裝的可靠性試驗是芯片產(chǎn)品投入市場之前必不可少的一個步驟，在對比鍍鈀銅線與裸銅線的可靠性測試方面，我們主要測試了第一焊點球金屬間化合物（IMC）情況及推力和拉力，第二焊點的拉力。測試選取的樣本數(shù)量為40。

第一焊點HTS（高溫存儲試驗，是測試產(chǎn)品長時間暴露在高溫下的耐久性試驗）中IMC變化情況[4]。試驗條件為175攝氏度，0-1000小時。實驗結果發(fā)現(xiàn)鍍鈀銅線的IMC變化情況和裸銅線的IMC變化情況基本類似（圖6）。厚度隨著時間的增加而呈線性增長的圖形也基本相同（圖7）。

第一焊點推力及拉力HTS試驗，同樣是在175攝氏度下，0到1000小時時間范圍。觀察了第一焊點焊球脫離和焊盤彈坑情況，同時記錄第一焊點的推拉力情況。結果未發(fā)現(xiàn)焊球脫離以及焊盤彈坑的情況。而第一焊點的推拉力測試數(shù)據(jù)也比較穩(wěn)定。球的推力基本在15-20gm之間，而球的拉力范圍基本都在8-10gm之間。

第二焊點的拉力情況，我們發(fā)現(xiàn)鍍鈀銅線的焊接拉力是逐步遞增的。而裸銅線在初始階段是遞減，而后呈現(xiàn)維持恒定強度的情況。這充分說明了鍍鈀銅線在第二點焊接的牢度明顯優(yōu)于裸銅線。

5 結論

綜合以上實驗得到的結果以及數(shù)據(jù)分析我們得出了鍍鈀銅線與裸銅線的一些對比，主要有以下方面。成本方面裸銅線低，而鍍鈀銅線相對高一些，但是比金線便宜很多。保護氣體方面鍍鈀銅線具有只用氮氣就可以的優(yōu)勢，而裸銅線需要氮氫混合氣體，成本及危險系數(shù)比較高。FAB的硬度鍍鈀銅線相對于裸銅線要高，容易造成第一焊點的鋁層擠出過度以及彈坑現(xiàn)象。第一焊點參數(shù)范圍鍍鈀銅線比裸銅線要寬，有利于工藝調整。第二焊點焊接效果鍍鈀銅線要優(yōu)于裸銅線，更加牢固。

目前在替代金線鍵合方面我們已經(jīng)取得了很大的進步，有些廠商已經(jīng)把鍍鈀銅線投入實際生產(chǎn)中，但是我們還不能講鍍鈀銅線能完全替代金線作為封裝引線鍵合工藝的線材料，因為我們的最終目的是成本的最小化，可靠性的最大化的結合。

參考文獻

[1]吳建得，羅宏偉.銅鍵合線的發(fā)展與面臨的挑戰(zhàn)[J].

[2]Ainouz L. The use of copper wire as an alternative interconnection material in advanced semiconductor packaging[J].Kns Rep， 1999，11（2）：596.

[3]畢向東.半導體封裝行業(yè)中銅線鍵合工藝的應用[J].電子與封裝，2010，10（8）：1-4.

[4]張濱海，錢開友，王德峻，等.鍍PdCu線鍵合工藝中Pd行為研究[J].工藝技術及成立，2010，35（6）：564.endprint

摘 要 鍍鈀銅線（PdCu）是半導體封裝中傳統(tǒng)金線鍵合向銅線鍵合發(fā)展過程中出現(xiàn)的產(chǎn)物，與裸銅線（Bare Cu）鍵合相比，有著其特有的優(yōu)劣勢。本文通過分析研究發(fā)現(xiàn)兩種銅線工藝參數(shù)有比較大的差別，第一焊點的可靠性測試結果基本相同，而第二焊點結果有一定的區(qū)別。本文主要實驗數(shù)據(jù)研究分析鍍鈀銅線與裸銅線鍵合的區(qū)別，包括第一焊點空氣球的可重復性、電火花（EFO）電流大小對焊接結果的影響、鋁層擠出的比較。第二焊點的焊接表現(xiàn)，參數(shù)范圍的變化?？煽啃詼y試結果等。

關鍵詞 鍍鈀銅線；銅線鍵合；可靠性

中圖分類號：TN405 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）14-0152-02

鍵合工藝（Wire Bonding）是指半導體封裝中用金屬導線將IC芯片上的電極與外部引腳相連接的工藝，即完成芯片與封裝外引腳間的電流通路[1]，目前封裝行業(yè)主要還是以金線（Au）鍵合為主，金線鍵合一直占據(jù)著封裝工藝中的60%市場。而黃金價格不斷上漲，導致封裝成本也隨之增加，將黃金的用量降低到最低是市場的迫切要求。金線主導這一局面將會在這幾年被改變，其中主要接替者是裸銅線鍵合、鍍鈀銅線的鍵合。而裸銅線鍵合實現(xiàn)難度非常大，會有容易氧化的問題、第二焊點不容易焊牢固的問題、工藝參數(shù)范圍窗口小等問題，所以出現(xiàn)了鍍鈀銅線鍵合。

1 鍍鈀銅線與裸銅線鍵合基本介紹

鍍鈀銅線是在裸銅線的基礎上在線的外部鍍一層通常厚度為0.1-0.2 um的鈀金屬。目前市場上鍍鈀銅線的價格是裸銅線價格的2-3倍，但是相比金線來講價格還是便宜很多，只有金線的30%左右。所以在價格方面有很大優(yōu)勢，可以節(jié)約不少成本。

裸銅線鍵合使用的是95%的N2（氮氣）和5%的H2（氫氣）組成的保護氣體（Forming gas），而鍍鈀銅線鍵合只需要純N2就可以，這是因為裸銅線很容易氧化，需要用H2把銅從氧化銅中還原出來。化學方程式：H2+CuO==加熱==Cu+H2O[2]。所以在安全性方面鍍鈀銅線鍵合更有優(yōu)勢，因為不需要氫氣的加入。

在鍵合線的保存期方面，通常鍍鈀銅線在普通環(huán)境中的保存期為1年，而裸銅線在氮氣柜中的保存期只有6個月。故鍍鈀銅線有一定的優(yōu)勢。

2 第一焊點表現(xiàn)比較

2.1 空氣球（FAB）的可重復性

空氣球的可重復性換句話說就是FAB的一致性，是焊接工藝評測標準之一，會影響鍵合過程中第一焊點的可靠性，最終會影響芯片的可靠性。

我們選取0.8mil直徑的鍍鈀銅線，在2種不同的BSR（球尺寸比，球的直經(jīng)除以線的直徑）1.6和2.0下，分別在純N2和FG（Forming Gas）中進行試驗形成FAB，測量FAB的直徑，計算標準方差。

結果表明鍍鈀銅線FAB的標準方差遠低于1%（圖1）（通常封裝行業(yè)標準為1%）。說明了鍍鈀銅線可以形成穩(wěn)定的FAB。進一步看，N2和FG對于FAB的可重復性影響并不是很明顯，故證明了N2用于PdCu的保護已經(jīng)足夠。

2.2 EFO電流大小與FAB硬度的關系

由于鍍鈀銅線在表面電鍍了一層薄薄的Pd金屬層，而Pd本身的硬度就比銅要高，所以相同EFO參數(shù)條件下鍍鈀銅線形成的FAB硬度肯定要高。

我們選用0.8mil的鍍鈀銅線和裸銅線，采用EFO電流逐步遞增的測試方法，觀察EFO電流大小與FAB的關系。得到了隨著電流的增加，鈀元素融入FAB內部就更多的現(xiàn)象，這種結果直接導致了FAB的硬度加強（圖2）。

通過選取60 mA下得到的FAB維氏硬度幾組數(shù)據(jù)，我們得出了鍍鈀銅線FAB硬度與裸銅線FAB硬度的比較數(shù)據(jù)，結果表明鍍鈀銅線FAB的硬度要明顯大于裸銅線FAB的硬度，從而帶來了鍍鈀銅線致命的一個弱點：FAB硬度大導致更多的焊盤開裂和剝落，影響封裝的可靠性。

2.3 鋁層擠出

鋁層擠出是指焊盤（PAD）上的鋁金屬層由于FAB向下的壓焊，導致鋁被擠出原有區(qū)域，一旦鋁被擠出至焊盤的引腳間距以外會造成相鄰焊點的短路。鋁層擠出是引線焊接可靠性考慮的標準之一。典型的鋁層擠出現(xiàn)象見圖3。

通過研究焊接球單位面積上剪切力與鋁層大小的數(shù)據(jù)，我們得到了以下兩者的關系，見圖4。

分析發(fā)現(xiàn)在低單位面積剪切力的情況下，鍍鈀銅線發(fā)生嚴重鋁層擠出的幾率更大，而在高剪切力條件下鍍鈀銅線與裸銅線鋁層擠出差別變小。由此我們可以看出。如何平衡好高焊球單位面積剪切力與鋁層擠出的關系對于鍍鈀銅線來說是個不小的挑戰(zhàn)。

3 第二焊點表現(xiàn)比較

3.1 焊接表現(xiàn)

實驗中，我們選取鍍銀的基板作為焊接材料，每個第二焊點作為一個DOE的單元進行測試計算引線拉力（Wire Pull）及CPK（Complex Process Capability index 的縮寫[3]，是現(xiàn)代企業(yè)用于表示制程能力指數(shù)的指標），得到了以下數(shù)據(jù)，裸銅線拉力范圍在4.5-5.6，而鍍鈀銅線在7.2-7.9之間，而CPK范圍銅線在1.3-2.2而鍍鈀銅線在2.3-3之間。

從以上數(shù)據(jù)中可以看出鍍鈀銅線第二點拉力明顯高出銅線。同樣CPK也有相應的提高。體現(xiàn)了鍍鈀銅線第二焊點的穩(wěn)定性，焊接效果有明顯的提高。

3.2 工藝參數(shù)范圍

可以看出鍍鈀銅線的參數(shù)范圍明顯比裸銅線的參數(shù)范圍寬，這種情況非常有利于工藝工程師對于最佳參數(shù)的調整，得到良好的鍵合效果。

4 可靠性測試

封裝的可靠性試驗是芯片產(chǎn)品投入市場之前必不可少的一個步驟，在對比鍍鈀銅線與裸銅線的可靠性測試方面，我們主要測試了第一焊點球金屬間化合物（IMC）情況及推力和拉力，第二焊點的拉力。測試選取的樣本數(shù)量為40。

第一焊點HTS（高溫存儲試驗，是測試產(chǎn)品長時間暴露在高溫下的耐久性試驗）中IMC變化情況[4]。試驗條件為175攝氏度，0-1000小時。實驗結果發(fā)現(xiàn)鍍鈀銅線的IMC變化情況和裸銅線的IMC變化情況基本類似（圖6）。厚度隨著時間的增加而呈線性增長的圖形也基本相同（圖7）。

第一焊點推力及拉力HTS試驗，同樣是在175攝氏度下，0到1000小時時間范圍。觀察了第一焊點焊球脫離和焊盤彈坑情況，同時記錄第一焊點的推拉力情況。結果未發(fā)現(xiàn)焊球脫離以及焊盤彈坑的情況。而第一焊點的推拉力測試數(shù)據(jù)也比較穩(wěn)定。球的推力基本在15-20gm之間，而球的拉力范圍基本都在8-10gm之間。

第二焊點的拉力情況，我們發(fā)現(xiàn)鍍鈀銅線的焊接拉力是逐步遞增的。而裸銅線在初始階段是遞減，而后呈現(xiàn)維持恒定強度的情況。這充分說明了鍍鈀銅線在第二點焊接的牢度明顯優(yōu)于裸銅線。

5 結論

綜合以上實驗得到的結果以及數(shù)據(jù)分析我們得出了鍍鈀銅線與裸銅線的一些對比，主要有以下方面。成本方面裸銅線低，而鍍鈀銅線相對高一些，但是比金線便宜很多。保護氣體方面鍍鈀銅線具有只用氮氣就可以的優(yōu)勢，而裸銅線需要氮氫混合氣體，成本及危險系數(shù)比較高。FAB的硬度鍍鈀銅線相對于裸銅線要高，容易造成第一焊點的鋁層擠出過度以及彈坑現(xiàn)象。第一焊點參數(shù)范圍鍍鈀銅線比裸銅線要寬，有利于工藝調整。第二焊點焊接效果鍍鈀銅線要優(yōu)于裸銅線，更加牢固。

目前在替代金線鍵合方面我們已經(jīng)取得了很大的進步，有些廠商已經(jīng)把鍍鈀銅線投入實際生產(chǎn)中，但是我們還不能講鍍鈀銅線能完全替代金線作為封裝引線鍵合工藝的線材料，因為我們的最終目的是成本的最小化，可靠性的最大化的結合。

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