SiC功率器件先进互连工艺研究

针对SiC功率器件封装的高性能和高可靠性要求,文章研究了芯片双面银烧结技术与粗铜线超声键合技术的高可靠性先进互连工艺。通过系列质量评估与测试方法对比分析了不同烧结工艺对芯片双面银烧结层和芯片剪切强度的影响,分析了衬板表面材料对铜线键合强度的影响,最后对试制样品进行温度冲击测试,讨论了温度冲击对银烧结显微组织及其剪切强度的影响,以及对铜线键合强度的影响。试验结果表明:一次烧结工艺与分次烧结工艺的芯片剪切强度均达到了工业生产要求的标准值,但分次烧结工艺的银烧结效果在组织结构和芯片剪切强度上都要优于一次烧结工艺;温度冲击测试后烧结银显微组织的烧结颈增大,孔隙增大,并且2种烧结工艺的芯片剪切强度都明显增大。衬板材质对铜线超声键合强度有很大影响,在裸铜活性金属钎焊(Active Metal Braze,AMB)上的键合性能表现出更好的力学性能,温度冲击后裸铜AMB上的键合点力学性能会退化,但镀银AMB上的力学性能反而会增强;结合拉力测试后第二键合点的断裂模式,温度冲击使裸铜AMB上键合点的断裂模式从100%颈部断裂转向焊点脱落,而使镀银AMB上的焊点脱落逐渐减少。

银丝键合烧球参数对键合质量的影响

经键合试验,测试焊线挑断力和焊球推力,观察焊球和电极界面形貌,研究了烧球电流和时间对银键合丝键合质量的影响。结果表明,随烧球电流增大、时间延长,键合无空气焊球(FAB)直径增大;FAB球颈晶粒尺寸是电流和时间共同作用的结果,晶粒尺寸越大、挑断力越小,18 mA-1.0ms烧球所得挑断力最小;在FAB尺寸相近的前提下随烧球电流减小,焊球推力降低,键合过程中电极易受损导致电极材料挤出率增大;高电流-短时间(23 mA-0.6 ms)烧球有利于银丝获得较好的键合质量。

铜及银键合丝材料的研究进展

为降低电子封装成本,铜及银键合丝正逐步取代键合金丝成为电子封装用的主流键合材料。根据铜及银键合丝专利等文献综述了这两大类新型键合丝的合金成分设计、制备工艺及发展现状,最后展望了其未来发展前景。

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。

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。

键合银合金丝的制备

介绍了银质量分数为94%~96%的银合金丝的制备过程,采用扫描电镜和体式显微镜观察了其表面形貌以及键合后的表面形貌,探讨了退火温度对力学性能的影响及弧长对电学性能的影响,确定了该键合银合金丝的力学性能标准,并与国外进口产品进行了对比。其结果表明,该键合银合金丝的力学性能、电学性能和键合性能良好。

有机包覆抗硫化腐蚀的银键合丝研究

选取了纯银键合丝和有机包覆银键合丝,通过抗硫化腐蚀试验,分析对比其表面形貌、电学性能和键合性能。结果表明,表面包覆的有机膜有效减少了银键合丝表面由于Ag与S反应生成的Ag_(2)S,保障了银丝金属光泽和低电阻电学性能,保证了银丝在引线键合过程中的稳定性能,为解决银键合丝易硫化腐蚀的问题提供了可行性方案。

封装用抗腐蚀高可靠性银合金丝

介绍一种在封装工艺中可用于替代昂贵金丝的抗腐蚀高可靠性银合金丝。利用表面钝化和固溶合金、二次中频合金熔炼和定向连续拉铸工艺,分别从成分和工艺方面提高了银合金丝的机械性能、抗腐蚀性、可靠性等一系列键合性能,解决了普通银丝在使用过程中存在的电子迁移问题,推动了键合银合金丝的广泛使用。

Cu-Ag复合合金丝的制备

采用铜芯-银管复合技术探索了Cu-Ag复合合金丝的制备工艺,试验观察了Cu-Ag复合合金丝的表面形貌和界面结构,结果表明这种制备工艺是可行的。分析了Cu-Ag复合合金丝拉拔过程中产生断裂问题的原因,主要是纯银可拉性不强及市售银管表面质量较差,并对未来工作重点进行规划。该复合工艺拟取代镀层工艺,为Cu-Au复合合金丝及Ag-Au复合合金丝的制备提供借鉴。

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。

光耦在实际应用中的几种常见失效

不同于一般的半导体器件,光耦在工作原理、结构和封装设计等方面均具有特色。结合光耦的特色,阐述了光耦的几种常见的失效模式,如键合丝断开、粘接芯片的银迁移和芯片腐蚀等问题,并根据具体的使用环境分析了光耦器件失效的原因,以期在实际的使用过程中提高其可靠性。

IGBT模块银烧结工艺引线键合工艺研究

主要研究了应用于IGBT模块封装中的银烧结工艺和铜引线键合工艺,依据系列质量表征和评价方法,分别验证并优化了银烧结和铜引线键合的工艺参数,分析了衬板镀层对烧结层和铜线键合界面强度的影响,最后对试制的模块进行浪涌能力和功率循环寿命测试。结果显示,与普通模块相比,搭载银烧结和铜线键合技术的模块浪涌能力和功率循环寿命均有大幅的提升,并且银烧结和铜线键合界面未见明显的退化。

添加钯和铜元素改善金包银复合键合丝的力学性能

用固相复合技术制备微电子封装用金包银复合键合丝,利用金相显微镜、高低温拉力仪、推拉力计和扫描电镜(SEM),对不同合金成分的金包银复合键合丝的定向凝固组织及力学性能进行表征,获取晶粒尺寸大小及形貌特征,分析钯、铜元素对再结晶温度、力学性能参数及键合强度的影响,阐明钯和铜对金包银复合键合丝的强化机制。结果表明:在金包银复合键合丝芯材中添加铜,组织呈等轴晶,而同时添加钯和铜,铸态组织由胞状树枝晶和胞状晶组成,晶粒细小均匀。钯和铜可以提高复合键合丝的再结晶温度使其具备更高的耐热性。同时添加钯和铜的复合键合丝具有较高的塑/韧性,键合后弧形稳定,拉力及焊球推力最高,键合质量好。钯、铜微合金化金包银复合键合丝的强化机制为:固溶强化和细晶强化。二元复合添加的复合键合丝具有更高的强化增量,其力学性能更为优异。

金包银复合键合丝的组织演变及变形行为

采用金相显微镜、双束离子显微镜、高低温拉力仪及纳米压痕仪对不同真应变条件的金包银复合键合丝的组织和力学性能进行表征,研究了金包银复合键合丝的组织结构演变、力学性能及变形行为特点。结果表明:金包银复合键合丝的银合金芯材沿着拉伸方向从胞状树枝晶演变为纤维组织,靠近界面的过渡层始终保持细小的等轴晶或球状晶粒,金包覆层在变形过程中均匀连续。各组分在变形过程中尺寸变化不一致,拟合后的尺寸变化常数与试样直径的变化不成正比。显微硬度、抗拉强度、延伸率均随着变形量的增加而增大。在单轴拉伸过程中,金包银复合键合丝组分之间相互制约,使单向拉应变变为复杂的二维应力状态,交替变化的应力状态可抑制裂纹的形核,提高材料的塑性和韧性。