2023-10-19 15:59:19, 汪紫亮 广州广电计量检测股份有限公司
引言
在集成电路封装行业中,引线键合工艺的应用产品超过90%。引线键合是指在一定的环境下,采用超声加压的方式,将引线两端分别焊接在芯片焊盘上和引线框架上,从而实现芯片内部电路与外部电路的连接。引线键合工艺发展至今,主要的引线材料有金线、铝线、铜线等。在MCU、DSP等芯片中,传统键合工艺仍以金线为主,但已出现铜线键合工艺的替代趋势。主要原因有:
(1)铜线键合球剪切力比金线高15%~25%,拉力值比金线高10%~20%,且在塑封注塑时具有良好的抗冲弯性;
(2)铜线相较于金线而言,导电率和导热性都优于金线;
(3)铜线的成本优势远超金线,成本仅为金线的1/10。
尽管铜线在很多方面都优于金线,但铜线键合在以往的产品应用中,可靠性的表现却显得差强人意。据统计,铜线键合应用中的失效主要形式为键合线和基体分离、腐蚀、IMC过度生长等。引起失效的主要有以下因素:
(1)铜线比金线更容易氧化;
(2)铜线硬度大,超声能量或键合力难以控制,工艺窗口较窄;
(3)铜线耐腐蚀性差,对塑封材料要求高于金线。
随着引线封装技术的发展,铜线键合能够满足芯片的多引脚、密间距、小键合的发展要求,进而实现功能更加复杂、功耗更低、价格更便宜的市场化需求。在汽车上使用铜线键合工艺的芯片产品也逐年提升。而针对该类型产品的可靠性问题,AEC组织也制定了相关测试标准,即AEC-Q006 (Qualification Requirements for Components using Copper (Cu) Wire Interconnections)。
铜线键合半导体产品车规测试流程
键合线作为连接封装与晶片的重要材料,若采用的键合线为铜线,需要特别关注硅片与封装相互影响方面(CPI)的试验。以IC的车规验证为例,以往只需要依据AEC-Q100标准开展测试,而对于铜线键合IC,则必须考虑AEC-Q006的额外要求,即进行AEC-Q100 Group A项目的加严测试,重点考察晶片与封装的可靠性,主要包括封装材料之间的热膨胀匹配性、湿气对封装连接材料的腐蚀、高温对键合线连接处的IMC生长等,相关试验流程如图1所示:
图1:铜线AEC-Q100环境试验流程图
通过上述流程可以看出:
①对于声扫样品可以有两种选择,分别为对样品进行标记和随机抽取样品两种形式。如果对样品进行标记,那么只需在3批次的样品中,每个批次分别标记11颗进行试验前后声扫测试;否则,每个批次随机抽取22颗样品进行试验前后声扫。
②涉及到两次应力(stress 2×)测试的试验主要是TC、HAST/THB、PTC、HTSL,其中TC和HAST/THB主要是针对铜线的工艺窗口较窄,且铜线的耐腐蚀性较差展开考察。另外,标准针对这两项试验也给出了相应试验优化流程。第一次应力试验后键合线力学性能和截面观察测试可以放到第二次应力后再执行。
③对于PTC试验来说,无需进行键合线力学性能和截面观察的测试,主要的原因是:在AEC-Q的可靠性模型中,PTC这个试验主要倾向于考察焊点疲劳和die attach这个两个方面的可靠性。
④HTSL试验主要考察键合线的IMC生长,该测试在两次应力试验后均需进行键合点剖面切片观察;另外影响IMC的生长的因素主要可以分为温度和塑封料氯离子含量等两大要素,因此执行该项试验需要尽可能不要选择超过150°C的测试温度作为测试条件。
参考文献
[1] AEC - Q006 Rev - A: Qualification Requirements for Components using Copper (Cu) Wire Interconnects
[2] AEC - Q100 Rev - H: Failure Mechanism Based Stress Test Qualification For Integrated Circuits
[3] Preeti S Chauhan,Anupam Choubey,ZhaoWei Zhong,Michael G Pecht.Copper Wire Bonding[M].Springer, New York, NY.
[4] 沙帕拉·K·普拉萨德,普拉萨德,刘亚强.复杂的引线键合互连工艺[M].中国宇航出版社,2015.
[5] JEDEC JESD22-A104E-2014,Temperature Cycling[S].
[6] JEDEC JESD22-A110E-2015,Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test (HAST)[S].
[7] JEDEC JESD22-A101D-2015,Steady-State Temperature-Humidity Bias Life Test[S].
[8] JEDEC JESD22-A105D,Power and Temperature Cycling(PTC)[S].
[9] JEDEC JESD22-A103E-2015,High Temperature Storage Life[S].
[10] International S .Handbook For Robustness Validation Of Semiconductor Devices In Automotive Applications[J].[2023-09-21].
[11] 美 拉尔 Lall, Pradeep,美 派特 Pecht, Michael G,美 哈吉姆 Hakim, Edward B.温度对微电子和系统可靠性的影响[M].国防工业出版社,2008.
广电计量车规验证服务
广电计量是国内最早开展AEC-Q认证试验任务的第三方机构之一,以博士专家为技术带头人,具备权威的标准解读和项目执行能力,能够为各封装类型的电子元器件提供符合标准、验证充分的车规认证方案和服务。
文:汪紫亮
编辑:马云飞
喜欢本文,记得点“赞”和“在看”支持一下!
06-27
大盘取厚势 落子开新局:战略聚焦开启品牌发展新篇章——访Veralto大中华区总裁秦晓培06-27 星羽
实验操作 | 质粒构建、转化、提取、鉴定、转染、测定(完整版)06-27 小 M
有投必奖 | 大家都用 MCE 产品做了啥? (感染领域)06-27 小 M
科研助攻 | 一文讲清:如何破解 PPI 靶点成药难题06-27 小 M
干货分享 | 谈谈天然产物的改构策略06-27 小 M
玉研口鼻暴露系统 | 精准、可控、高通量的动物肺部疾病造模工具,助力创新药物研发06-26 玉研仪器
医药行业指南:电位滴定仪选型攻略来啦~06-26
屹路同行 悦启新程06-26 屹尧科技
徕卡精准空间生物学解决方案 第四弹06-26 童昕、南希
【直播预告】第一届大湾区生物电镜制样讲习班06-26 徕卡显微系统
徕卡常规显微镜历经严苛的ISO9022标准测试06-26 徕卡显微系统
Viventis LS2 Live 光片显微镜发布会06-26 徕卡显微系统
前沿应用 | 经皮无创血糖检测中葡萄糖拉曼峰直接观测06-26 鉴知技术
SNEC光伏展圆满落幕 | OTT HydroMet闪耀时刻精彩回顾06-26 OTT HydroMet
激光指向稳定在光刻系统应用中的关键作用,及其优化方案!06-26 圈内人都会关注
推陈出新!通微公司携新品亮相本届CPHI06-26 Unimicro
远离氟污染!开启无氟接触前处理技术新篇章06-26
浑然一体的ChemiSEM技术:集成式扫描电镜成像与 X 射线能谱解决方案06-26
荧光计 VS 分光光度计,倒底怎么选?06-25