[发明专利]一种用于高可靠平台产品的硅铝丝键合工艺

说明书

技术领域

本发明涉及电子装配技术领域，具体涉及一种用于高可靠平台产品的硅铝丝键合工艺。

背景技术

引线键合是当前主要的微电子互连技术之一，所用材料主要为金丝和硅铝丝。一般军品主要采用机械强度高、结合性好及物理性能稳定的Au丝，大功率器件和民品由于成本等原因主要采用掺杂Si的Al丝。

在军品应用中，由于Al至今是半导体管芯焊盘难以替代的金属化材料，因此在生产过程中，必然会出现异种金属间的键合(Au－Al系统)，这一系统将不可避免地导致柯肯德尔(Kirkendall)扩散，从而在界面生成Au－Al金属间化合物(共存在5种，主要是AuAl2紫斑、Au2Al白斑和Au5Al2)。由于这些化合物的晶格常数不同，机械性能和热性能也不同，反应时会产生物质移动，从而在交界层形成可见的柯肯德尔空洞(Kirkendallvoid)或产生裂缝，进而易在此处引起器件焊点脱开而失效。此外，若将Au－Al焊接处置于高温下，金属间化合物的厚度将逐渐增加，其增长状态满足简单的扩散关系。高可靠平台放大器中所使用铝质焊盘管芯为稳压管芯，经测量其工作时的温度比电路片的高20℃左右。随着温度的升高，芯片上的引线键合如采用异质金属，则在交界层形成可见的柯肯德尔空洞或产生裂缝，从而易在此处引起器件焊点脱开而失效。

硅铝丝作为一种常用的键合材料，其具有成本低、价格低廉、资源丰富等特点，具有广阔的发展前景。随着现代芯片业的发展，芯片表面焊盘材质多采用铝质。从理论上而言，同质金属键合比异质金属键合更加稳定，但是由于目前硅铝丝性能不及金丝，同时现有的键合工艺还不能满足高可靠产品的质量要求，因此硅铝丝在高可靠平台产品中应用较少，在高可靠平台的键合工艺技术尚不成熟。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于高可靠平台产品的硅铝丝键合工艺，其能够利用硅铝丝实现在高可靠平台产品上的引线键合，具有良好的工艺兼容性，能够满足高可靠平台产品的质量要求，同时相比于利用金丝键合，能够极大地节约成本，能够替代金－铝键合工艺。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种用于高可靠平台产品的硅铝丝键合工艺，采用楔键合的方式将经过预处理的基材与硅铝丝在常温、超声功率为0.6－1.8W、超声时间为180－260ms和焊接压力为30－60g的条件下进行超声键合。

本说明书中所指的高可靠平台是指，类似航天、弹载高质量需求平台。本发明采用的焊接设备是WEST·BOND_RINC.公司生产的7476E机型，设置数值为140－240，此设置值无单位，转换为输出功率单位后为0.6－1.8W，特此说明。

在键合技术领域，影响引线键合的主要因素在于键合时的焊接参数(也即是键合机的工作参数)，具体体为超声功率、超声时间和焊接压力。利用硅铝丝在普通产品进行键合的工艺，其发展相当成熟，但是如要在高可靠平台产品上应用硅铝丝，现有的键合工艺已经不能满足高可靠平台产品的高要求，而且对于高可靠平台产品工作环境对温度提出的高要求，使得硅铝丝在高可靠平台产品上的应用更加艰难。

本发明通过反复试验，采用楔键合方式提供了适用于硅铝丝在高可靠平台产品上的键合工艺，即，在常温、超声功率为0.6－1.8W、超声时间为180－260ms和焊接压力为30－60g的条件下进行超声键合，由此得到的产品在焊接界面形成具有一定厚度、牢固且致密的金属间化合物，从而获得可靠的引线焊接质量。本发明实现了高可靠平台产品需求的硅铝丝引线键合技术，填补了关于高可靠平台产品同质铝焊盘引线键合的空白，提高了高可靠平台产品的可靠性；同时，本发明还有利于开发适用多种焊接基材上的硅铝丝焊接工艺窗口。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述超声功率为1.2W，所述超声时间为220ms，所述焊接压力为48g。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述基材包括铝焊盘。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述硅铝丝的直径为38－50μm。

选用直径为38－50μm的硅铝丝能够与本发明的键合工艺更好地配合，获得更优异的焊接质量。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述硅铝丝的直径为40μm。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，在键合过程中采用陶瓷刀尖并且刀尖长、宽分别为30mil的劈刀进行键合焊接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述预处理包括：准备基材、清洗基材以及烘干基材。

本发明具有以下有益效果：