Cu线ボンディングの取り组み1103-v1.00-1(CHN)

铜线邦定技术MARCH．2011KAIJOCORPORATION铜具有下表所述的电气特性和机械特性上的优点。另外、还具有合金层的成長速度慢及低价等特点，将是广为瞩目的金线替代品。CuAu1.672.3539831516.214.211080弹性系数(109/N/m2)项目-6Ω导电性(10・㎝）热传导率(W/m/K)-6延伸率(10/K）铜线邦定工程技术开发物理特性铜线的缺陷硬度比金高、易引起电极下的损伤弹性系数金：80(109/Nm2)＜铜：110(109/Nm2)易氧化（为防止被氧化，需要特殊技术）第２nd焊点的品质难以保证。铜线邦定工程的课题技术课题FAB的氧化AluminumPadSplash电极下的损伤/Metallift第二点的易焊性对策防氧化机构GAS浓度管理线材的开发邦定条件的最优化部材的最优化稳定的FAB形成刮擦+DSB的共用铜线邦定工程技术开发铜易与氧气发生反应(生成氧化物），这是和金线邦定最大的区别之一。放电结球和加热块的热量影响下，被加热的铜和氧气发生反应形成氧化铜。（如果在空气中常温放置、则会形成氧化膜）氧化的FAB是形成焊不黏和电极下裂痕的原因。没有氧化氧化状态※真球,表面没有凹凸※表面有光泽,无变色※变形※气泡※表面的凹凸※变色下面举一个氧化的代表性例子1000℃以下氧化铜(Ⅱ)黒色2Cu+O2→2CuO1000℃以上氧化铜(Ⅰ)红褐色4CuO→2Cu2O+O2使用铜线时FAB的问题点关于ＦＡＢ的氧化细线用GAS喷嘴中・粗线用GAS喷嘴根据GAS可视化的验证氧化防止机构根据仿真的验证依据仿真以及GAS的可视化进行放电区域的GAS气氛验证。GAS喷嘴瓷嘴（劈刀）放电区域的GAS气氛放电杆反馈到设计现在的氧化防止机构ＦＡＢ的氧化防止机构ＦＡＢ形成时氧化的研究重点：在放电领域形成尽可能大的GAS气氛。GAS气氛根据GAS可视化进行的验证和最优化流量平衡不合适的话会形成对流。条件①条件②FAB氧化检查0/30063/300条件①条件②FAB氧化测试确认数N＝300个例）氧化的FAB氢气混合比不同的ＦＡＢGAS混合比N2(91%)+H2(9%)N2(95%)+H2(5%)N2(100%)N2(100%)铜线Type6N6N6N4N（镀层）铜线径23um23um23um20mFAB大小58um58um58um50um外观氧化○○×○氢气比例高能更好的防止氧化（还原作用）不同混合比的验证FAB的自动采取功能很必要的，增加了铜线FAB的氧化确认用机能。设备：FB-900铜线：Φ25um（TPCW）GAS流量：MAIN0.4L/min（N2:95%+H2:5%）ＦＡＢ的氧化确认操作的高效化FABsize(um)150.1250.4351.1451551.6651.7751.5851.9952.31052.21152.51250.71351.31452.41552.51652.21751.31851.919522052.42152.622522352.324522551.32650.82751.72851.82952.23052.1Min50.10Max52.60Average51.73StDev0.656Count铜和金的比较WireFAB（Hv）压着球(Hv)金6070铜85100硬度比较常温特性线径(um)B.L.(gf)B.L.(mN)El.(%)206.3～11.32.8～7.762～11127～761～75～15259.9～17.64.3～12.197～17342～1192～75～153014.3～25.48.3～19.4140～24981～1902～710～253822.9～40.813.3～31.1225～400130～3052～810～25上段：金线下段：铜线金线采用4N的高强度系铜线采用软质系来比较软质系的铜线，已经将线材的机械特性改善至金线等同。但在FAB形成时，因为一度熔融然后再次结晶，所以会再次形成硬度差。表中的数値采自田中電子工業株式会社的目录Chip侧接合性的课题AluminumPadSplash由于铜比金要硬，邦定时铝的溅出量会比较多。根据铝层厚度和焊球大小、会发生无铝残留的现象(下图)。⇒考虑到焊球大小，必须进行封装再设计Al厚：2umAl厚：5um铝层无残留铜线径：75um、圧着径：175um的时候Aluminumsplash电极下的损伤/Metallift随着铝溅出量增多，Metallift和裂痕的发生率也增高。US方向PadCrateringMetallift随着铝溅出量的增加，也容易给给铝层下面的层带来损伤。Chip侧接合性的课题邦定条件的最优化球下的铝全部被溅出了。接合界面是平面，抑制了铝的溅出。Al根据邦定参数，铝溅出量会发生改变铜线用制程条件和金线同样的制程条件Chip侧接合性的课题FAB的硬度【Chip侧邦定的要素】超声波冲击荷重荷重刮擦动作与金线同样的邦定条件来邦定铜线会比较困难。用超声波来使球变形的过程会伴随电极下破裂。确定铜线用的邦定条件Chip侧接合性的课题邦定条件的最优化合金层/Inter-metallicarea确认结合面的合金层CuAlABCCBACuAl扩大CuAlphaseChip侧接合性的课题Chip侧接合性（数据）XY(um)(um)(um)gg11365.266.630.1B213.367.163.631.2B313.76364.832.6B413.667.566.535.6B513.16664.829.5B612.7676832.2B71365.365.733.6B813.267.566.231.7B913.567.465.532B1013.668.466.132.1B111365.16229.5B1212.766.366.730.4B1313.466.965.330.7B1412.865.86831.9B1512.468.366.229.8B1612.764.26131.1B1712.966.364.433.4B1813.467.86631.6B1913.665.366.531.3B201366.464.931.2B2113.464.663.728.9B2213.26763.230.8B2312.962.766.130.5B2413.665.167.233.5B2513.765.16531.1B2613.467.766.632B2713.266.567.330.8B2813.367.467.332.2B2912.56463.231.2B3013.165.565.935BMin12.4062.7061.0028.90Max13.7068.4068.0035.60Average13.1666.0865.4831.58StDev0.3611.4791.6881.534BallSizeCountBallHeightBallShearCapillary:N1013-80-29-25（PECO）CuWire:Maxsoft25um（KnS）Lead侧接合性关于铜线的焊接相同条件下，随着线弧方向变化，Lead侧的焊点形状也会发生改变。Y方向（US印加方向）的焊点难以加宽。X方向Y方向选择最适合的瓷嘴（铜线用）参数最优化（刮擦+DSB的共用）难以使用和金线相同的制程XY刮擦+DSB的共用事例XY刮擦+DSB通常制程XY刮擦+DSB（DoubleStitchBonding）机能同时使用，对Lead侧的接合性改善会产生效果。Lead侧接合性60KHz150KHz粗线在高脉冲数时，Lead侧圧痕容易产生偏差。拉力试验后的Lead侧焊点残留不同，低脉冲数时接合性比较好。超声波脉冲数和Lead侧接合性Lead侧接合性ＢＳＯＢ技术对应精密ＢＳＯＢ。60umBPP通常球径铜金BSOB时焊接面的合金层比较根据球内面的合金层观察，确认到铜也产生了合金层。ＢＳＯＢ技术特殊线弧特殊线弧控制技术也取得了实际效果。2mil径的铜线１．惰性气体控制系统２．防氧化用供线装置３．搬送平台线弧氧化防止机能（吹气式押板）４．装有气体挡板的隧道式吹气气体挡板铜线对应机构