微電子引線鍵合（原書第3版）

目　錄
譯者序
原書前言
作者簡(jiǎn)介
第1章　技術(shù)概論1
1.1　楔形和球形鍵合機(jī)操作2
1.2　如何解決鍵合問題5
1.2.1　哪些材料可以進(jìn)行超聲鍵合5
1.2.2　新鍵合系統(tǒng)的可鍵合性和可靠性7
1.2.3　引線鍵合的特殊用途9
參考文獻(xiàn)9
第2章　超聲鍵合系統(tǒng)與技術(shù)10
2.1　引言10
2.2　超聲換能器及鍵合工具的振動(dòng)模式10
2.3　超聲鍵合的形成（經(jīng)驗(yàn)描述）16
2.3.1　超聲與熱超聲鍵合過程簡(jiǎn)述20
2.4　高頻超聲能量鍵合23
2.5　鍵合過程（實(shí)時(shí)）監(jiān)控25
2.6　引線鍵合技術(shù)26
2.6.1　熱壓鍵合26
2.6.2　超聲楔形鍵合27
2.6.3　熱超聲球形鍵合與楔形鍵合28
2.6.4　新型/不同的引線鍵合技術(shù)28
2.7　細(xì)引線鍵合技術(shù)的演變30
2.7.1　薄帶線鍵合30
2.7.2　平行間隙電極焊和鑷子焊接32
2.8　引線鍵合的替代技術(shù)（倒裝芯片和載帶自動(dòng)鍵合）33
2.8.1　倒裝芯片33
2.8.2　載帶自動(dòng)鍵合34
2.9　引線鍵合技術(shù)：比較和未來方向35
參考文獻(xiàn)37
第3章　鍵合引線的冶金學(xué)特性41
3.1　引言41
3.2　鍵合引線的應(yīng)力-應(yīng)變特性41
3.3　鍵合引線的存儲(chǔ)壽命老化42
3.4　鍵合金絲的綜述47
3.5　超聲楔形鍵合用鋁絲49
3.6　引線及金屬層硬度50
3.7　EFO極性的影響50
3.8　鍵合引線的疲勞性能51
3.9　球形鍵合用的銅絲54
3.10　導(dǎo)線燒斷（熔斷）55
3.10.1　鍵合引線55
3.10.2　印制電路板（PCB）及多芯片模組（MCM）導(dǎo)電線路的最大允許
電流59
附錄3A　鍵合引線、鍵合試驗(yàn)的ASTM標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范清單59
附錄3B　銅絲鍵合是金絲鍵合的低成本解決方案嗎59
參考文獻(xiàn)62
第4章　引線鍵合測(cè)試64
4.1　引言64
4.2　破壞性鍵合拉力測(cè)試65
4.2.1　鍵合拉力測(cè)試的變量65
4.2.2　剝離測(cè)試（鑷子拉拔）68
4.2.3　失效預(yù)測(cè)—基于拉力測(cè)試數(shù)據(jù)69
4.2.4　引線性能和鍵合工藝對(duì)拉力的影響69
4.2.5　引線伸長(zhǎng)對(duì)拉力的影響72
4.3　焊球-剪切測(cè)試75
4.3.1　引言75
4.3.2　測(cè)試儀器75
4.3.3　手動(dòng)剪切探頭77
4.3.4　焊球-剪切測(cè)試的影響因素78
4.3.5　焊球剪切力與鍵合區(qū)域的關(guān)系82
4.3.6　金-鋁金屬間化合物對(duì)剪切力的影響86
4.3.7　拉拔測(cè)試、撬杠測(cè)試、翻轉(zhuǎn)測(cè)試及其他測(cè)試87
4.3.8　焊球-剪切測(cè)試與鍵合點(diǎn)拉力測(cè)試的對(duì)比88
4.3.9　焊球-剪切測(cè)試的應(yīng)用88
4.3.10　楔形鍵合點(diǎn)的剪切測(cè)試91
4.3.11　焊球-剪切測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)93
4.4　球形和楔形鍵合點(diǎn)評(píng)估94
4.5　熱應(yīng)力試驗(yàn)可靠性評(píng)估94
4.6　未來面臨的問題95
附錄4A　焊球-剪切測(cè)試的典型失效模式96
附錄4B　非破壞性鍵合拉力測(cè)試97
4B.1　引言97
4B.2　NDPT的冶金學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)解釋98
4B.3　由NDPT引起的冶金性能缺陷99
4B.4　NDPT的局限性100
4B.5　關(guān)鍵航天應(yīng)用中NDPT的現(xiàn)狀101
參考文獻(xiàn)102
第5章　金-鋁金屬間化合物及其他金屬界面反應(yīng)105
5.1　金-鋁金屬間化合物的形成及經(jīng)典的引線鍵合失效105
5.1.1　概述105
5.1.2　金-鋁體系中金屬間化合物的形成106
5.1.3　經(jīng)典金-鋁化合物失效模式111
5.1.4　材料轉(zhuǎn)換的金-鋁界面116
5.1.5　擴(kuò)散抑制劑和阻擋層的作用117
5.2　雜質(zhì)加速金-鋁鍵合失效118
5.2.1　鹵素的影響119
5.2.2　去除或避免鹵素污染的建議122
5.2.3　環(huán)氧樹脂非鹵素氣體排出導(dǎo)致的鍵合失效122
5.2.4　綠色環(huán)保模塑料123
5.3　非金-鋁鍵合界面123
5.3.1　鋁-銅引線鍵合123
5.3.2　含銅的鋁鍵合焊盤125
5.3.3　銅-金引線鍵合系統(tǒng)126
5.3.4　鈀-金和鈀-鋁引線鍵合系統(tǒng)127
5.3.5　銀-鋁引線鍵合系統(tǒng)129
5.3.6　鋁-鎳引線鍵合系統(tǒng)130
5.3.7　金-金、鋁-鋁、金-銀，以及某些不常用的單金屬鍵合系統(tǒng)131
附錄5A　焊接不良的金-鋁引線鍵合的快速失效134
附錄5B　金-鋁球形鍵合的熱退化136
附錄5C　鍵合相關(guān)的腐蝕反應(yīng)139
參考文獻(xiàn)141
第6章　鍵合焊盤鍍層技術(shù)及可靠性147
6-A　鍍金層雜質(zhì)和狀態(tài)導(dǎo)致的鍵合失效147
6-A.1　鍍金層147
6-A.2　特定的電鍍雜質(zhì)149
6-A.3　鍍膜層中氫氣滲入151
6-A.3.1　電阻漂移151
6-A.4　金膜層內(nèi)部/表面金屬雜質(zhì)引發(fā)的失效152
6-A.4.1　概述152
6-A.4.2　鎳153
6-A.4.3　銅154
6-A.4.4　鉻155
6-A.4.5　鈦155
6-A.4.6　錫155
6-A.5　鍍金層標(biāo)準(zhǔn)156
6-A.5.1　關(guān)于可靠鍍金層的建議156
6-A.6　自催化化學(xué)鍍金157
6-A.7　非金鍍層157
參考文獻(xiàn)158
6-B　鎳基鍍層160
6-B.1　背景介紹160
6-B.2　化學(xué)鍍工藝161
6-B.2.1　鍍鎳工藝163
6-B.2.2　鍍鈀工藝164
6-B.2.3　鍍金工藝164
6-B.3　鍵合焊盤鍍層—引線鍵合工藝窗口與可靠性166
6-B.3.1　鎳/金層166
6-B.3.2　鎳/鈀/金層169
6-B.3.3　鎳/鈀層172
6-B.4　等離子體清洗175
6-B.5　可直接鍵合的銅層176
參考文獻(xiàn)177
第7章　清洗179
7.1　引言179
7.1.1　分子級(jí)清洗方法181
7.1.2　紫外線-臭氧清洗182
7.1.3　等離子體清洗185
7.1.4　等離子體清洗機(jī)理187
7.1.5　分子級(jí)和溶劑清洗方法評(píng)估188
7.1.6　分子級(jí)清洗方法的問題190
7.1.7　拋光191
7.2　不同鍵合技術(shù)對(duì)表面污染的敏感性192
附錄7A　等離子體清洗造成的電路損傷194
參考文獻(xiàn)195
第8章　引線鍵合中的力學(xué)問題198
8.1　彈坑198
8.1.1　引言198
8.1.2　鍵合設(shè)備特征及參數(shù)設(shè)置202
8.1.3　鍵合力203
8.1.4　鍵合工具引線-焊盤沖擊力204
8.1.5　彈坑的成因—材料205
8.1.6　金屬間化合物對(duì)彈坑的影響207
8.1.7　硅結(jié)節(jié)引發(fā)的彈坑209
8.1.8　多晶硅形成的彈坑211
8.1.9　砷化鎵彈坑211
8.1.10　彈坑問題小結(jié)214
8.2　超聲楔形鍵合點(diǎn)的跟部裂紋214
8.3　加速度、振動(dòng)和沖擊對(duì)空腔封裝的影響216
8.3.1　引線鍵合可靠性的離心試驗(yàn)216
8.3.2　超聲清洗、運(yùn)載火箭熱沖擊、振動(dòng)等對(duì)空腔封裝引線鍵合的
影響218
8.3.3　沖擊和振動(dòng)對(duì)引線鍵合的影響（長(zhǎng)引線的問題）220
8.4　功率和溫度循環(huán)對(duì)引線鍵合的影響221
附錄8A　斷裂韌度225
附錄8B　引線鍵合機(jī)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）225
參考文獻(xiàn)229
第9章　先進(jìn)引線鍵合技術(shù)233
9.1　高良率、更細(xì)節(jié)距引線鍵合和特定線弧的技術(shù)及問題233
9.1.1　現(xiàn)代高良率引線鍵合技術(shù)介紹233
9.1.2　高良率鍵合的要求（金屬層表面、硬度、清潔度）234
9.1.3　鍵合設(shè)備及其管控237
9.1.4　少數(shù)鍵合的可靠性（小樣本量統(tǒng)計(jì)）238
9.1.5　封裝相關(guān)的鍵合良率問題239
9.1.6　潛在的良率問題和解決方案239
9.1.7　其他影響器件良率的因素241
9.1.8　線弧241
9.1.9　細(xì)節(jié)距球形和楔形鍵合243
9.1.10　細(xì)節(jié)距鍵合的可靠性和測(cè)試問題246
9.1.11　高良率和細(xì)節(jié)距鍵合的結(jié)論248
9.2　PCB、撓性板、BGA、MCM、SIP、軟基材器件和高性能系統(tǒng)中的
引線鍵合249
9.2.1　引言249
9.2.2　薄膜介質(zhì)基板的鍵合249
9.2.3　層壓基板的鍵合251
9.2.4　增層253
9.2.5　聚合物基板的材料性能對(duì)引線鍵合的影響254
9.2.6　高性能系統(tǒng)封裝中引線鍵合的其他注意事項(xiàng)257
9.2.7　典型封裝/板中導(dǎo)體金屬結(jié)構(gòu)的趨膚效應(yīng)258
9.2.8　小結(jié)259
9.3　極端溫度/環(huán)境中的引線鍵合259
9.3.1　引言259
9.3.2　高溫環(huán)境互連要求260
9.3.3　低溫環(huán)境互連要求262
9.3.4　極端溫度下的封裝效應(yīng)262
9.3.5　小結(jié)263
附錄9A　引線鍵合機(jī)拱弧263
9A.1　引言263
9A.2　機(jī)器的運(yùn)動(dòng)和軌跡264
9A.3　線弧形狀264
9A.4　預(yù)彎曲265
9A.5　CSP和BGA線弧266
9A.6　堆疊芯片和多芯片封裝266
9A.7　瓷嘴形成低線弧267
9A.8　瓷嘴形狀及其對(duì)拖拽/摩擦的影響267
9A.9　引線的作用268
9A.10　球形凸點(diǎn)和釘頭凸點(diǎn)269
9A.11　剛度-楊氏模量271
參考文獻(xiàn)271
第10章　銅/低介電常數(shù)（Cu / Lo-k）器件—鍵合和封裝274
10.1　引言274
10.2　Cu/Lo-k技術(shù)275
10.2.1　Lo-k電介質(zhì)277
10.2.2　銅鍵合焊盤的表面保護(hù)層和可鍵合性鍍層278
10.3　集成電路Lo-k材料上銅焊盤的引線鍵合281
10.3.1　Lo-k倒裝芯片損傷284
10.4　結(jié)論284
參考文獻(xiàn)285
第11章　引線鍵合工藝建模與仿真287
11.1　引言287
11.2　假設(shè)、材料性能和分析方法288
11.3　不同參數(shù)的引線鍵合工藝289
11.3.1　超聲振幅的影響291
11.3.2　超聲頻率的影響293
11.3.3　摩擦系數(shù)的影響296
11.3.4　鍵合焊盤厚度的影響298
11.3.5　焊盤結(jié)構(gòu)的影響301
11.3.6　鍵合后襯底冷卻溫度建模304
11.3.7　小結(jié)305
11.4　有源區(qū)上方鍵合焊盤的引線鍵合與晶圓探針測(cè)試的影響
比較306
11.4.1　探針測(cè)試模型306
11.4.2　探針測(cè)試建模308
11.4.3　探針測(cè)試與引線鍵合建模309
11.4.4　小結(jié)310
11.5　層壓基板上的引線鍵合310
11.5.1　問題定義和材料屬性311
11.5.2　模型仿真結(jié)果與討論312
11.5.3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果317
11.5.4　小結(jié)318
參考文獻(xiàn)319