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铜丝键合工艺控制及预防

       相对于金丝,铜丝容易被氧化,键合工艺不稳定;铜的硬度、屈服强度等物理参数高于金丝,键合时需要施加更大的超声能量和键合压力,因此容易对硅芯片造成损伤甚至是破坏。所以防止铜丝氧化及弹坑的预防是封装键合工艺所面临的瓶颈和挑战。通过焊接材料工艺(铜丝、基板、引线框架)和封装键合工艺两方面来改善其可焊性,根据我公司现阶段铜丝封装键合应用发展状况,给出基本的工艺方案。
       铜丝键合氧化预防及控制
  铜丝从生产、存放、键合的整个过程中,不可避免与空气接触,与空气中氧气发生氧化现象。它的氧化存在两种情况,一是在室温下表面长期与空气接触而产生的氧化,形成的Cu2O, 很难用物理方法去除,其反应式如下;
   4Cu+O2→2Cu2O(1)
  另一种是在键合过程中高温作用下铜与氧气发生的氧化,其反应式为:
   2Cu+O2→2CuO(2)
  因此,铜丝生产、存放、键合的整个过程中必须在无氧或在惰性气体保护下作业。目前铜丝的键合设备是在金丝键合机上通过加装吹气保护装置来实现铜丝焊接的。在键合过程引线框架需要200~220℃加热进行键合,在此工作环境下进行铜丝键合,键合工作台和电子打火(EFO)温度下易造成铜球氧化,直接影响了键合性能。预防铜球氧化可通过增大电子打火电流,缩短电子打火时间等。在保护气体下铜丝键合过程其反应式为:
   2Cu2O+H2→2Cu+H2O(3)
   铜丝在键合过程中,使用N2、H2混合保护气,其体积比和流量通过试验优化调整,严格按照N2、H2安全操作规程操作。


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