单晶铜线键合工艺.doc

· 铜线键合工艺
. O- @1 `& }& i" e一、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。
3、 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! V二、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* ac
三、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
    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* ^, ^
   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选用大同小异
2 s5 e( X4 J; ~7 O* J  C% e四、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。
" ·f 铜线的特性及要求
1. 6 {( F3 R. K4 r# F& a切实可行的金焊线替代产品 。  & M* Y
2. 细铜焊线（<1.3mil）' v8 T. B! [9 h6Q
3. 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) V% p9 T3 b0 `% ~% A6 k铜焊线（1.3-4mil）+ V* |7 \: j5 L1 }/ x5 T
4.铜焊线，不仅具有铜焊线显著的成本优势，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。
·f : I0 i+ n( y# ?0 G. f2 ~* J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。
·f 0 Z& ~5 y$ P8 j2 S8 o, k: T% X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
·f优点（与金焊线相比）
1., 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+ N: t. N  i( n8 u# J7 g; t( u
2.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        
 微间距封装中可以采用更细的焊线
* G9 H! `: f3 p+ H( c8 f 微间距应用性能优异（焊垫尺寸较小）
4 `4 C4 `4 N0 `$ H+ 提高功率调节器件（TO220、TO92、DPAK等等）的电流容量和性能 6 X! u2
3.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
4.7 m9 S9 ^* l2 t1 s3 ~5 S机械性质高    
    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 ]
5.金属间（IMC）生长速度慢      
直径
um
20
25
28
30
38
50
65
密耳
0.8
1.0
1.1
1.2
1.5
2.0
2.5
3.0 ,
延伸率（%）
8-16
8-16
10-20
10-20
10-20
15-25
15-25
15-30
断裂荷载（g）
5-10
8-15
10-20
12-22
20-30
40-55
60-80
80-120
提高机械稳定性、降低电阻增加量
% j) B% l* n8 M&     IMC生长较为温和，从而提高了键合强度
6.; 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
7.铜线在焊接后能够形成比金线更稳定、刚性更好的弧形) }* 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 7 y& m0 @, ^6 x" A9 \! O$ M'

8." a, \5 q7 g4 g( K; k- ?$ R6 v除了以上优点为，铜线还有以下特性：
# \% ?, 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
五、( 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
六、铜线和金线在键合工艺参数的区别; T0 k" U4 v( \. \" E, @8 f& x
1.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High-power模式
$ A; @: d; c8 B+ [9 c2. 球不良原因：
 ① 吹气保护不好
" q2 ?+ }" h& H5 k0 c     ②铜线开封后防止时间太长．线有氧化（７２小时）
5 T& {8 R: z9 e/ g+ P     ③ Tail length  不稳定导致烧球不好l
. B/ y3 Z. z8 O! L- A     ④Capillary  选择型号不对
- k( B; J' W0 Y( c8 Q$ e   措施 ：$ g: a
    ①调整吹气装置和E-TORCE位置，保证保护良好更换铜线
②1 _& w, ?!调整２nd 焊接参数（base power and base force)保证tail length 稳定．, U3 U2 q, r0 i4 P4 r)
2 H' G+ z' Y% {+ H; n. s9 v! { ③选用合适的capillary# Production issue  NSOP 
* x$ Z$ i8 _& R, E" K6 I  原因：v3 G
     ① Bond power  太小
4 L8 {% W$ w6 n" \! l- n  ② Bond force  太大 ! L) J9 q9 g4 y+ k" s' Z, t2 X
措施：
   在保证无crater 的前提下．调整　power and force * o7 L  M% y1 Y1 }0 H# M+ tProduction issue2ndu
3 h. Y2 G, C 6 f) K; b/ a& h" h: S: j+ r: f4 D   原因：
    ① Bond power  太小或者太大3 Z9 Z. L4 @6 o5 K- f
    ② Bond force  太大或者太小l
/ K! F3 N- O) g# [9 ~- v  Z8 { 措施:) f# C+ C
      ① 如果焊接后无留金痕迹应该调大 base power
3 J' v& m& }) X+ i7 C$ X4 {      ②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 Q2nd 　后 tail too short 
 原因：
     管脚位置浮动． + `$ C9 z- ]/ g( X* g" X- x
     ① Bond power  太小或者太大
     ② Bond force  太大或者太小
$ Q! [& v6 D$ v# A! 措施 :, y' b* J8 |4 G- T# r5 M
    ① 调整该焊点位置
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- }- _
- G; k% j1 e- L!    ②如果报警后线不能直接穿下capillary，必须把线拔除再穿的话，应该减小base power 或者增大base force.
* |1 c/ C$ |$ E3 y/ K3 Y  Z# l七、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
   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&
   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
    ①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' ②夹具表面平整光滑，载体无松动' x, F' b% [5 x$ U7 s+ T9 ~
    ③保证烧球的时候，氧化保护良好0 S- O/ d0 E9 a, v6 Y9 U3 [1 G
    ④切线正常，无偏心球( |7 I6 H4 Y' x( Z3 J
    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   ⑤ 劈刀选用合理, {$ N/ {+ X8 E* w+ ?. R
    ⑥参数调整9 ?2 n* E1 s  w# t) t7 H
4、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- v  ① 配备专人每班做例行弹坑验证，包括更换品种，夹具及设备维修后；
②加强过程监控---更换劈刀、修改1st、EFO参数后必须作弹坑试验；( S8 K+ s9 o8
③ 对一些硬件如气嘴、流量（保护气体），夹具，压缩空气等每班最少做一次检查，同时提醒作业员随时检查；x) c
④及时和客户沟通，铜线产品Pad测试点（探针印）小于20%，同时要保证一定的铝层厚度。3 x& w* ^; t1 y  l- H# O9

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