毕业设计(论文)-铜线键合工艺要求、设备操作及故障分析

《毕业设计(论文)-铜线键合工艺要求、设备操作及故障分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计(论文)-铜线键合工艺要求、设备操作及故障分析（22页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、IVT-REJX-50苏州工业园区职业技术学院毕业项目2011 届项目类别：毕业论文项目名称：铜线键合工艺要求、设备操作及故障分析专业名称：电子组装技术与设备姓名 ：学号 ：班级：指导教师：2011 年5月10 日IVT-REJX-51苏州工业园区职业技术学院毕业项目任务书（个人表）系部：毕业项目类别：毕业论文毕业项目名称：铜线键合工艺要求、设备操作及故障分析校内指导教师：职称：高级工程师类别：专职校外指导教师：职称：类别：学生：专业：电子组装技术 班级：电装与设备一、毕业项目的主要任务及目标主要任务：结合实习岗位的工作内容，分析半导体芯片铜线键合的工艺要求和主要设备的操作要领，总结设备故障原

2、因和排除方法。主要目标：完成 5000 字以上的项目报告，要求内容正确、完整，文章结构合理。二、毕业项目的主要内容1铜线材质的优缺点及其影响2工艺管控及技术要求3ASM 设备的结构及原理分析4故障分析续表：三、主要参考文献公司内部文件四、进度安排毕业项目各阶段任务起止日期1选题截至3月302收集资料4月 1日4月 18日3论文撰写与修改4月 18日 5月 10日4后期完善与答辩5月 10日 5月 22日注：此表在指导老师的指导下填写。诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业项目报告/ 论文铜线键合工艺要求、设备操作及故障分析是本人在指导老师的指导下，独立研究、写作的成果。论文中所引用是他人的无论以何

3、种方式发布的文字、研究成果，均在论文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人独自承担。作者签名：2011年 5月 10日摘要半导体封装行业中，由于金的价格不断飙升， 造成成本不断提高，人们在寻找其他跟合适的金属来替代金线材料，由于铜线的导电性能好，成本低，最大允许电流高，高温下的稳定性高等特点，其优势逐步体现出来， 各公司及研发机构均在进行铜线建合应用的研发，研究者分别从理论、键合机理、失效模式、工艺实现与参数优化等各个方面对铜线键合工艺进行研究，近年来已取得了一系列的成果。金线材料渐渐的被铜线材料所取代，并被各大公司所接受使用， 现铜线已出现在各公司的不同系列产品中。 本文主要介绍铜线键合工

4、艺要求以及设备的结构操作方法和故障排除，并提出较好的工艺规范要求，为工业生产提供参考。关键词： 稳定性，铜线键合，优势，研发目录一、铜线材质的优缺点及其影响11线的优势12线的缺陷13影响14建议1二、工艺管控及技术要求21丝材的控制22引线框架控制23混合气体的使用24劈刀（即瓷嘴）35芯片46工艺参数4三、设备结构与焊接操作61设备结构62焊接操作7四、常见 bond 故障分析111 weak/chopped-off or cut bond112第二焊点不粘113第二点不牢固124弧度下陷125第一点不粘136球的尺寸过大137余尾部分残留一段线尾148偏心球 /高尔夫球149球磨损15参

5、考文献16致谢16一、铜线材质的优缺点及其影响1线的优势（1）高的传导性；（2）在较高的延伸率的情况下，能够保证较高的强度；（3）好的弧形稳定性；（4）键合过程能够减少金属间化合物的形成；（5）在有惰性气体的保护下，键合时能过形成一个比较好的球形。2线的缺陷（1）铜在高温下容易氧化；（2）相对其他线材铜线的硬度比较高。3影响以上缺点使得公司在使用铜线材料时总是需要面对不良率、 产能低、可靠性差等问题。4建议要改进铜线应用技术就必须在以下几个方面有所提升：（ 1）对材料的要求（包括框架镀层要求银镀层的粗糙度） ；（ 2）对设备的要求；（ 3）对芯片的要求；（ 4）对铜线的要求；（ 5）混合气体的

6、要求及工艺参数的设置管控。二、工艺管控及技术要求1丝材的控制首先对新进的铜线要进行原材料检验，确认原材料的技术规格符合使用要求，包括线径、长度、含铜比例、破断力及外观；外观包括包装的密封性、丝材表面的颜色是否存在明显氧化或者明显的凹凸及划伤碰伤的痕迹。进料检验完后要入仓库保存， 其保存的条件要求在通氮气的专用氮气柜中，对柜中湿度也要严格控制在50%以内。最后丝材在上机使用时要明确规范在空气中时间不能超过24 小时。使用过程中要加氮气氢气保护（95：5 的比例混合）。人手处理过程中凡需要接触到丝材的地方，需要带上防止污染的胶指套。2引线框架控制采购引线框架的过程中明确框架的镀层厚度，一般适用于铜

7、线的框架镀层厚度 要 求 控 制 在0.03mm 0.06mm以 内 。 镀 层 的 粗 糙 度 要 求 控 制 在0.003mm=Ra=0.005mm。框架中铜的比例不低于 90%，使用过程中框架要求预热温度在 180 摄氏度到 200 摄氏度，加热温度在 200 摄氏度到 230 摄氏度，最后要检查框架的引线脚是否压紧 （可以考虑在压板下面使用高温胶布来保证引线脚是否压平紧），如果引线脚没有压紧，在打线过程中就无法保证余尾长度，这样就影响了焊接的质量。3混合气体的使用在工业中使用的安全氮氢气体标准混合比例是 95：5，使用此比例的混合气体可以提高烧球后焊球的质量， 减轻氧化对焊球的影响，

8、并有助于提高焊接的质量，下图是在空气，氮氢气体中同球 FAB 外观，（ a）图中 FAB 表面粗糙、球径小且含有气孔， 烧球后表面形成氧化铜， 这样硬度就比金球大很多在键合过程中铜球可能穿透焊盘， 直接对硅层造成伤害的几率很大。 这种没有保护气体形成的铜球 FAB 明显不能满足键合生产的要求； （b）图是在氮氢混合气体中形成的铜球，FAB 球形匀称， 表面比较光滑， 无严重氧化现象。 另外不同的气体流量也是影响铜线球形成的重要因素，从图（ 2）中可以明显看出不同流量下的铜球形成后外形有着比较明显的差异。 小流速下的铜球带有明显的尖头， 而大流量下的铜球有一定的偏头现象，这两种情况都不利于键合连

9、接，中速的保护气体对铜球FAB 的成形效果最好，所以不同的线径所要求的混合气体的流量也是不同的。图（ 1）图（ 2）4劈刀（即瓷嘴）铜线建合工艺过程中，应选用表面更加粗糙的劈刀，如图（3）表面粗糙劈刀的拉力和推球的 CPK 均有提高，如图（ 4）。所以在铜线使用过程中劈刀的选择也是不可或缺的。图（ 4）图（ 3）5芯片由于铜线的材质较硬，在打线过程中容易造成芯片铝层击穿，如下图，所以应该选择铝层较厚的芯片，基本应在两个方面做出管控：（ 1）芯片铝层的材质：铝层使用合金材质以提高焊盘的硬度，这是提高铜线焊线质量、减少弹坑的方法之一； （ 2）芯片铝层的管控应大于 0.025mm。6工艺参数为了做

10、好铜线的实际应用，最后需要将以上条件综合考虑，试验出一套适合自己设备， 材料的工艺参数，这是提高铜线质量的最优保障。下表为典型的铜线键合工艺参数。三、设备结构与焊接操作1设备结构ASM Eagle60 设备主要由三色警示灯、控制系统荧幕、影响辨认系统荧幕、送线系统、料盒升降台 -输入端、料盒升降台 -输出端、轨迹球、紧急停止按钮、功能键盘、电源开关、磁碟机、电源开关、控制电路板。（1）线径如上图所示为 Eagle60 焊线机的送线路径，应按照穿线路径穿线，否则不良的穿线路径可能影响线弧或烧球。（2）键盘下图为 Eagle 60 焊线机的键盘。2焊接操作次序动作1焊头下降至第一焊点之搜索高度2第

11、一焊点的搜索3第一焊点的接触阶段4第一焊点的焊接阶段5返回高度6返回距离7估计线长高度8搜索延迟9焊头下降至第二焊点之搜索高度10第二焊点的搜索11第二焊点的接触阶段12第二焊点的焊接阶段13线尾长度14焊头回到原始位置说明1.焊头在打火位置（原位）线夹关图示2.从打火位置下降至第一焊点之搜开索高度位置3.接触及焊接开4.金属间融合开5. 焊接第一点之后，焊头升至 开Reverse Height高度6.Reverse Distance(线弧高度的百分开比，RDRH 以防止第一焊点上之头部断裂。在水平面以下RDA 是正数，相反在上则为负数。RDA 定义是离开第二点垂直位置的角度。)7.焊头升至线

12、弧顶部位置开关8.在线弧顶部位置关9.XYZ马达移至第二焊点搜索高度关开位置10.钉脚接触（从第二点搜索高度）开11.第二焊点参数设定开12.焊头移至线尾长度位置关13.切断线尾关14.烧球及回到第一阶段（升至原点）关四、常见 bond 故障分析1 weak/chopped-off or cut bondweak/chopped-off or cut bond的主要原因：（ 1）焊针的 T dimension 太小；（ 2）焊针磨损 inside chamfer 区域产生较短余尾；（ 3）过度的金属增进在焊针 CD 的区域或表面。2第二焊点不粘第二点不粘的主要原因：（ 1） LF 表面镀银层不

13、足或材料因素；（ 2） LF 表面污染；（ 3）压板压合不紧，导致导线架浮动；（ 4）焊针的 T dimension 太短，导致余尾太短。3第二点不牢固引发第二点 weak 的主要原因；（ 1）焊针的 face angle太浅，引起鞋跟太薄；（ 2） OR dimension 太小；（ 3） Bond face 过大或者是频率过大，造成焊针截断线；（ 4）压板压合不良。4弧度下陷引起弧度下陷的主要原因：（ 1）由于瓷嘴 hole 太小，造成拉弧过程缓慢费力，一般的hole 均为线径的 1.3倍 -1.5 倍；（ 2）由于瓷嘴的CD 太小或异物阻塞CD 造成拉弧过程缓慢费力；线的延展性太高；（

14、3）线径太小不符合线弧长度的需求。5第一点不粘第一点不粘的主要原因：（ 1） FAB 过大，一半为 2-2.5 倍的线径；（ 2）第一点的参数 force， heat，time 不足；（ 3） Pad 表面有残留或污染；（ 4） IC angle 太陡峭，标准为 90 度和 120 度；（ 5） FAB 太小探针印引起 Pad 表面不良。6球的尺寸过大常见 Ball size 大过渴望的大小可能的原因：（ 1） IC 太浅（ 120）；（ 2） FAB 太大；（ 3）线径太大；（ 4）过度的 force 或 power。7余尾部分残留一段线尾引起第二点留有线尾的主要原因：（ 1）铜或镀银层的结

15、合性太好；（ 2） IC angle 太纯引发第二点的粘着性过于强壮；（ 3） Chamfer diameter 太大引起第二点粘着性过于强壮；（ 4）线的延展性太好。8偏心球 /高尔夫球偏心球或高尔夫球引发的原因：（ 1） IC 太小（小于 0.3Mil/8um ）或者是 IC angle 太陡峭（小于 90 度）；（ 2） Substrate 表面不良；（ 3）污染；（ 4）线夹不良；（ 5）线太硬；（ 6）拉弧过程不够紧；（ 7）线尾长度设定的太长。9球磨损球磨损的主要原因：（1）EFO 损坏；（2）焊针次数过多；（3）异物阻塞焊针。参考文献【 1】公司内部文件致谢非常感谢李红益老师在我

16、大学的最后学习阶段毕业设计阶段给我的指导，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，他给了我耐心的指导和无私的帮助。为了指导我的毕业论文，他放弃了自己的休息时间，他的这种无私奉献的敬业精神令人钦佩，在此我向他表示我诚挚的谢意。同时，感谢所有任课老师和所有同学在这三年来给我的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步， 在此向他们表示我由衷的谢意， 并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下！时间的仓促及自身专业水平的不足， 整篇项目报告肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请阅读此篇文章的老师、同学，多予指正，

17、不胜感激！tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DaGhn3XtKknBY CUDxqA7FHYi2 CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I3A1DaGhn3XtKBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30A1DaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30 kA1DaGhn3XtK knBY CUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I3A1DaGhn3X

18、tKBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30A1DaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30 A 1DaGhn3XtK knBY CUDxqA7FHYi2 CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGeR4I30kA 1D aGhn3XtKknBY CUDxqA7FHYi2 CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30 A1DaGhn3XtKBY CUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60

19、eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30k A 1D aGhn3XtKknBY CUDxqA7FHYi2 CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30A 1D aGtgKQcWA3PtGZ7R4I30 A1DGhn3XtKBYCUDxqA7 FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30A1DaGh n3XtKBY CUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30A1DaG tgKQcWA3PtGZ7R4I30A1DaGhn3XtKBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1D aGhn3XtK nBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I3A1DaG