基于硅凝胶灌封温循载荷下的键合丝疲劳失效机理仿真分析

针对某型混合集成电路在温度循环试验后出现的硅凝胶灌封区域键合丝疲劳失效,对键合丝的键合强度和疲劳断裂失效进行了试验分析,建立了单根键合丝和硅凝胶局部灌封区域的有限元简化模型,拟合了硅凝胶材料的本构模型参数,基于ANSYS Workbench软件对不同胶体材料参数条件和温循载荷作用下的键合丝应力分布情况进行了热力耦合仿真分析,并基于仿真结果对混合集成电路的硅凝胶灌封工艺进行了优化和加严温度循环试验。仿真和实验结果表明,键合丝第一键合点颈部和第二键合点根部的应力值较大,存在明显的塑性应变,与疲劳断裂失效分析一致;通过减小硅凝胶的热膨胀系数和灌封体积的方式进行工艺优化后,键合丝的应力值显著减小,样品经过温度循环试验后实测良率从167%提升至100%。研究结果对于提高硅凝胶灌封区域中的金丝键合疲劳强度有一定的指导意义。

电子封装用铜及银键合丝研究进展

随着电子封装高密度化、高速度化和小型化发展,金键合丝由于成本和性能等问题已不能满足要求。成本更加低廉的铜及银键合丝逐渐成为金丝替代品,但铜键合丝存在硬度高、易氧化、工艺复杂等问题,银键合丝存在抗拉强度低、Ag^+迁移和高温抗氧化抗性差等缺点。针对上述问题,广大学者进行了分析和研究,根据相关的文献、专利和产品,综述了铜及银键合丝的性能特点、成分设计、制备工艺、可靠性研究和性能改善方法,并对其发展前景进行了展望。

冷变形和热处理对单晶Cu键合丝性能影响

研究单晶Cu键合丝冷加工过程中的微观组织和性能,分析热处理温度和热处理时间对单晶Cu键合丝破断力、伸长率和电阻率的影响。通过对单晶Cu键合丝进行冷加工及热处理,试验结果表明冷加工后的单晶Cu键合丝具有致密的纤维组织结构,强度和电阻率得到提高,伸长率下降。随着退火时间和退火温度的增加,单晶Cu键合丝破断力降低,伸长率增加,电阻率呈下降趋势。对于φ0.025mm的单晶Cu键合丝,在退火温度为420℃,退火时间为2.4s时,单晶Cu键合丝具有高的伸长率和较高的破断力。在热处理过程中张力过大或环境条件不稳定会导致键合丝表面出现竹节状缺陷。经试验数据拟合,单晶Cu键合丝线径与退火温度、退火时间之间存在二次多项式函数关系。

贵金属键合丝材料的研究进展

贵金属键合丝是半导体封装的关键材料之一,详细综述了键合金丝、键合金银丝、键合银丝和镀钯键合铜丝的合金成分设计,制备工艺和发展现状,并展望了其未来发展前景。

电子封装Cu键合丝的研究及应用

论述了传统Au、Al-1%Si键合丝在电子封装中的局限性,分析了Cu键合丝优良的材料性能,Cu键合丝替代Au丝和Al-1%Si丝可缩小焊接间距,提高芯片频率和可靠性。并在此基础上阐述了单晶铜作为键合丝的优势,通过键合性能的对比显示了单晶铜键合丝在电子封装中的良好特性。

单晶铜键合丝制备过程中的断线研究

利用扫描电镜、X射线能谱仪对单晶铜线材拉制超微细键合丝的断口形貌、成分进行研究,分析单晶铜线材拉制过程中的断线类型及其影响因素。结果表明:单晶铜键合丝拉制过程中的断线主要由于单晶铜线材中高质量分数的O、S等气体元素形成氧化物偏聚,高质量分数的有害杂质元素(Al、Ca、Si等)及其形成的金属间化合物,内部缺陷(微小气孔、微小气孔及其杂质、组织不均匀等)引起的孔洞或局部应力集中造成;单晶铜线材的表面缺陷(起皮、毛刺、擦伤等)及其微小的氧化物夹杂对拉制过程中的突发性断线有决定性影响;同时由于单晶铜加工硬化现象明显,拉制过程中拉伸张力控制不当及其骤然变化引起线材的局部应力变化造成拉制过程中的断线。

单晶铜键合丝的球键合性能研究

通过对自制单晶铜键合丝进行球键合工艺试验,并对键合后焊点分别进行键合拉力(BPT)和剪切力(BST)测试,以及对键合点的组织、界面进行观察和显微硬度测试。结果表明,单晶铜键合丝进行球键合后,焊点所能承受的拉断力和剪切力均为近似正态分布,具有较高的可信度,50μm的单晶铜键合丝的CPK值达到1.8以上,属于优质的过程能力指数。焊点经过可靠性试验后,界面依然清晰、较为平直,没有发现界面处形成微量弥散分布的金属间化合物和Kirkendall空洞,表现出稳定的电学和界面组织性能。

单晶Cu键合丝制备过程中的影响因素研究

针对单晶Cu键合丝制备过程中的影响因素进行了系统分析,通过研究单晶Cu键合丝制备过程中坯料、模具、润滑、清洗及其制备和热处理过程中张力对单晶Cu键合丝性能和表面质量的影响,得出良好的坯料组织性能,模具定径区的高度光洁和圆整,有效的润滑和清洗及制备过程中精确的张力控制,是获得良好单晶Cu键合丝的关键。

键合丝生产重点和细节问题探讨——母合金制备和连续铸造工序

随着键合丝生产技术的发展及不断成熟,生产细节的控制成为提高产品质量的重要途径。本文结合母合金的制备和连续铸造工序说明了键合丝生产环节中应注意的重点和细节问题。

拉丝模具缺陷对键合丝材表面质量的影响

重点分析了键合丝材生产过程中拉丝模具缺陷的类型,以及其对键合丝材表面质量的影响。并从拉丝模具管理、润滑剂和键合丝材表面质量控制等方面提出了减缓模具磨损、延长其使用寿命的措施。

键合丝生产重点和工序控制

键合丝的生产不断向低成本发展,目前市场上存在的键合丝种类繁多,但不同类型键合丝的生产流程大致相同,而各流程工序细节控制不尽相同。文中分别从拉丝、退火和绕线工序阐述了不同类型键合丝生产过程中应注意的重点和细节问题。

键合丝键合界面研究进展

采用引线键合技术对集成电路进行封装时,键合丝与Al焊盘存在异质界面问题,对电子器件的使用性能有很大的影响。本文综述了键合参数、界面金属间化合物(IMC)演变行为及工作环境等方面对界面键合强度和可靠性影响的研究进展,并展望了未来发展前景。

微电子封装金包银复合键合丝的微结构和性能

采用固相复合及大塑性拉拔技术制备了线径0.020 mm的金包银复合键合丝,并利用扫描电子显微镜、双束电子显微镜、单轴拉伸实验、电阻率实验、键合实验、线弧挑断实验及焊球推力实验等对其微结构和性能进行表征。结果表明：金包银复合键合丝的复层达到纳米级尺度,在芯材表面均匀连续覆盖,与芯材的界面结合力好。芯材横截面组织为等轴晶,晶粒细小弥散且内部有大量的板条状平行的退火孪晶。金包银复合键合丝具有较高的抗拉强度（230 MPa）和延伸率（15%）,其强化机制为界面强化和细晶强化,其电性能受表面/界面以及晶界散射的影响而变差。金包银复合键合线弧形稳定,具有较高的键合可靠性,其挑断力（7.79g）与焊球推力（49.7g）均满足微电子封装技术对键合丝的品质要求。

键合丝随机振动应力极限仿真分析

利用Pro/E与ANSYS联合仿真,对不同材料、丝径、键合形式和跨度的键合丝的振动应力极限进行了分析研究。基于键合工艺及其特点在Pro/E中建立了键合丝参数化三维模型,并利用ANSYS对参数化模型进行了模态及随机振动仿真分析,获得了球键合金丝与楔键合硅铝丝在不同丝径、跨度等条件下的极限功率谱密度,研究结果可为键合丝的选型提供参考。

键合丝最小直流熔断电流的建模与分析

半导体产品的高可靠性要求作为内部引线的键合丝有足够大的电流承载能力。本文建立了键合丝最小直流熔断电流的理论模型和公式,用COMSOL Multiphysics有限元软件建立键合丝的电热耦合仿真模型,并与理论模型进行了对比。结果表明,键合丝工作时中间温度最高,两端温度最低,温度分布沿轴向及径向均呈抛物线状分布。金、铜和银三种键合丝的熔断电流仿真值与实验值符合得较好,理论值比实验值偏小,但其乘以相应系数后可接近于实际工况。该理论仿真模型可为键合丝熔断电流的分析提供参考。

银铜合金键合丝力学性能的第一性原理计算

基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了铜掺杂含量对银合金键合丝晶格常数、热力学性能和力学性能的影响。在CASTEP软件中,构建3×3×3的面心立方晶系的超胞模型,选择超软赝势平面波法处理电子波函数以及广义梯度近似法处理交换关联泛函。结果表明:银和铜可以形成稳定的固溶体,随铜含量的增加,其稳定性逐渐增强;根据计算得到的弹性常数(c_(ij))推算键合丝常见的力学参量表明:银铜合金键合丝保持着良好的力学稳定性,随铜掺杂含量的增加,其硬度和刚度均先增后减,而塑性则不断下降。同时选取两款常用键合丝进行了力学可靠性实验,实验结果与计算结果具有较高的吻合性。

无氰镀金银基键合丝的研究进展

键合银丝具有生产成本低,导电导热性好,但其抗氧化、硫化性低,不能完全替代键合金丝,特别是在高密度的集成电路封装工业中,因此镀金银基键合丝应运而生,通过在银丝表面覆盖镀金层,使其抗氧化能力提高,成球性好,可靠性高。主要介绍无氰镀金工艺和镀金银基键合丝的发展。

随机振动键合丝变形碰触阀值研究

随着电子设备高集成、高密度的发展,芯片内部键合丝的间距越来越小,处于严酷振动环境中的键合丝可能会发生交叉、碰触短路等可靠性问题。针对实际工程中的某芯片键合丝碰触短路问题,采用理论分析获得键合丝的固有频率。通过建立有限元法模型,研究了随机振动中键合丝变形引起的碰触问题,获得键合丝碰触的加速度功率谱密度阀值。最后采用高速摄像技术进行试验验证,结果表明所采用的理论和数值分析方法能够准确获得键合丝的碰撞接触阀值,为键合丝在振动环境中应用提供可靠性判据。

一种用于BBOS,BSOB打线方式的高可靠性银合金键合丝

本文设计了一种适合于LED和IC封装用BBOS,BSOB打线用银合金键合丝。当线材内存在一定数量的长轴晶区时,线材的BBOS,BSOB打线性能会极大提升,文章分析了这种结构与优异BBOS,BSOB打线性能之间的内在关系,并就获得这种结构的方法做了简要分析。

镀层方法增强铜键合丝

作为金丝的替换方案，对铜引线键合丝的研究已经持续多年。这种替换最主要的驱动力来自于成本，特别在目前金价居高不下的情况下。铜键合丝的主要问题之一是第二次键合的强度较差。Sumitomo Electric公司的研究人员发现通过在铜丝上电镀镀层可以在保持第一次键合质量的同时，提高第二次键合的强度。他们的研究成果最近发表在IEEE Transactionson Advanced Packaging杂志上。