半导体器件中的键合工艺材料主要采用Au、Al、Cu及Ag四种金属作为引线,从而实现芯片与引出端的电气互联。在军工、宇航等高可靠性半导体器件中的引线材料主要是以Au及Al为主,Cu及Ag作为键合材料在半导器件封装中同样应用广泛。Au线,广泛引用热压键合及热超声键合工艺中,适用于各类半导体器件芯片的互联要求,是目前应用最广的键合材料。
键合引线的力学性能评价方法
键合引线的电性能、热性能的评价主要取决于键合引线的材料,而力学性能的评价可以按JESD22-B116A-2009(引线键合剪切试验方法)及MIL-STD-883K方法2011.9(键合拉力)进行。其中JESD22-B116A-2009覆盖了直径(18μm~76μm或0.7mil~3mil)制成的球形键合和用直径较大(至少3mil)制成的楔形键,此类键合常用于集成电路和混合微电子组件。该方法属于破坏性试验,用于工艺控制和质量保证,适用于当球高度至少10.16μm或0.4mil的球形键合或键合高度至少1.25mils焊接区域的楔形键合。
键合剪切就是利用推刀去剪切键合点,使其与键合焊盘分离的过程。分离时所需的力称作键合剪切力。球形键合的键合点剪切分离模式共有6种类型,其中类型4及类型5属于无效模式,应将这些数据剔除外。
1.键合点分离
2.键合点切断
3.凹坑
4.键合工具与键合面接触
5.跳剪
6.键合焊盘部分分离
键合剪切试验之前应对焊盘键合进行检查,尤其是塑封集成电路,因为采用湿式化学或干法刻蚀开封后,键合表面的金属化合物因蚀刻而缺失或存在显著的化学腐蚀现象,所以在键合焊盘上,有显著化学腐蚀或无金属化区的键合点,不应进行剪切试验。然后对所试的球形键合点的直径进行测量,因为球键合的键合剪切力与球键合的直径有关,而且键合剪切力是键合点和键合面金属化层之间金属键合的一个质量指标。
测试设备应使用校准的负载单元或传感器;键合剪切力测试仪的最大负载能力应足以把芯片从固定位置上分离或大于规定的最小剪切力的 2 倍。设备准确度应达到满刻度的5%。设备应能提供并记录施加于芯片的剪切力,也应能对负载提供规定的移动速率。