微電子引線鍵合（原書第3版）

目　錄
譯者序
原書前言
作者簡介
第1章　技術概論1
1.1　楔形和球形鍵合機操作2
1.2　如何解決鍵合問題5
1.2.1　哪些材料可以進行超聲鍵合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9
第2章　超聲鍵合系統(tǒng)與技術10
2.1　引言10
2.2　超聲換能器及鍵合工具的振動模式10
2.3　超聲鍵合的形成（經驗描述）16
2.3.1　超聲與熱超聲鍵合過程簡述20
2.4　高頻超聲能量鍵合23
2.5　鍵合過程（實時）監(jiān)控25
2.6　引線鍵合技術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28
2.7　細引線鍵合技術的演變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（倒裝芯片和載帶自動鍵合）33
2.8.1　倒裝芯片33
2.8.2　載帶自動鍵合34
2.9　引線鍵合技術：比較和未來方向35
參考文獻37
第3章　鍵合引線的冶金學特性41
3.1　引言41
3.2　鍵合引線的應力-應變特性41
3.3　鍵合引線的存儲壽命老化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）導電線路的最大允許
電流59
附錄3A　鍵合引線、鍵合試驗的ASTM標準和規(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62
第4章　引線鍵合測試64
4.1　引言64
4.2　破壞性鍵合拉力測試65
4.2.1　鍵合拉力測試的變量65
4.2.2　剝離測試（鑷子拉拔）68
4.2.3　失效預測—基于拉力測試數據69
4.2.4　引線性能和鍵合工藝對拉力的影響69
4.2.5　引線伸長對拉力的影響72
4.3　焊球-剪切測試75
4.3.1　引言75
4.3.2　測試儀器75
4.3.3　手動剪切探頭77
4.3.4　焊球-剪切測試的影響因素78
4.3.5　焊球剪切力與鍵合區(qū)域的關系82
4.3.6　金-鋁金屬間化合物對剪切力的影響86
4.3.7　拉拔測試、撬杠測試、翻轉測試及其他測試87
4.3.8　焊球-剪切測試與鍵合點拉力測試的對比88
4.3.9　焊球-剪切測試的應用88
4.3.10　楔形鍵合點的剪切測試91
4.3.11　焊球-剪切測試標準93
4.4　球形和楔形鍵合點評估94
4.5　熱應力試驗可靠性評估94
4.6　未來面臨的問題95
附錄4A　焊球-剪切測試的典型失效模式96
附錄4B　非破壞性鍵合拉力測試97
4B.1　引言97
4B.2　NDPT的冶金學和統(tǒng)計學解釋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　關鍵航天應用中NDPT的現狀101
參考文獻102
第5章　金-鋁金屬間化合物及其他金屬界面反應105
5.1　金-鋁金屬間化合物的形成及經典的引線鍵合失效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　經典金-鋁化合物失效模式111
5.1.4　材料轉換的金-鋁界面116
5.1.5　擴散抑制劑和阻擋層的作用117
5.2　雜質加速金-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　鍵合相關的腐蝕反應139
參考文獻141
第6章　鍵合焊盤鍍層技術及可靠性147
6-A　鍍金層雜質和狀態(tài)導致的鍵合失效147
6-A.1　鍍金層147
6-A.2　特定的電鍍雜質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　金膜層內部/表面金屬雜質引發(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　鍍金層標準156
6-A.5.1　關于可靠鍍金層的建議156
6-A.6　自催化化學鍍金157
6-A.7　非金鍍層157
參考文獻158
6-B　鎳基鍍層160
6-B.1　背景介紹160
6-B.2　化學鍍工藝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177
第7章　清洗179
7.1　引言179
7.1.1　分子級清洗方法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　等離子體清洗機理187
7.1.5　分子級和溶劑清洗方法評估188
7.1.6　分子級清洗方法的問題190
7.1.7　拋光191
7.2　不同鍵合技術對表面污染的敏感性192
附錄7A　等離子體清洗造成的電路損傷194
參考文獻195
第8章　引線鍵合中的力學問題198
8.1　彈坑198
8.1.1　引言198
8.1.2　鍵合設備特征及參數設置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　金屬間化合物對彈坑的影響207
8.1.7　硅結節(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214
8.2　超聲楔形鍵合點的跟部裂紋214
8.3　加速度、振動和沖擊對空腔封裝的影響216
8.3.1　引線鍵合可靠性的離心試驗216
8.3.2　超聲清洗、運載火箭熱沖擊、振動等對空腔封裝引線鍵合的
影響218
8.3.3　沖擊和振動對引線鍵合的影響（長引線的問題）220
8.4　功率和溫度循環(huán)對引線鍵合的影響221
附錄8A　斷裂韌度225
附錄8B　引線鍵合機參數的實驗設計（DOE）225
參考文獻229
第9章　先進引線鍵合技術233
9.1　高良率、更細節(jié)距引線鍵合和特定線弧的技術及問題233
9.1.1　現代高良率引線鍵合技術介紹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　鍵合設備及其管控237
9.1.4　少數鍵合的可靠性（小樣本量統(tǒng)計）238
9.1.5　封裝相關的鍵合良率問題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　細節(jié)距球形和楔形鍵合243
9.1.10　細節(jié)距鍵合的可靠性和測試問題246
9.1.11　高良率和細節(jié)距鍵合的結論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257
9.2.7　典型封裝/板中導體金屬結構的趨膚效應258
9.2.8　小結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262
9.3.5　小結263
附錄9A　引線鍵合機拱弧263
9A.1　引言263
9A.2　機器的運動和軌跡264
9A.3　線弧形狀264
9A.4　預彎曲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　瓷嘴形狀及其對拖拽/摩擦的影響267
9A.9　引線的作用268
9A.10　球形凸點和釘頭凸點269
9A.11　剛度-楊氏模量271
參考文獻271
第10章　銅/低介電常數（Cu / Lo-k）器件—鍵合和封裝274
10.1　引言274
10.2　Cu/Lo-k技術275
10.2.1　Lo-k電介質277
10.2.2　銅鍵合焊盤的表面保護層和可鍵合性鍍層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　結論284
參考文獻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、材料性能和分析方法288
11.3　不同參數的引線鍵合工藝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　摩擦系數的影響296
11.3.4　鍵合焊盤厚度的影響298
11.3.5　焊盤結構的影響301
11.3.6　鍵合后襯底冷卻溫度建模304
11.3.7　小結305
11.4　有源區(qū)上方鍵合焊盤的引線鍵合與晶圓探針測試的影響
比較306
11.4.1　探針測試模型306
11.4.2　探針測試建模308
11.4.3　探針測試與引線鍵合建模309
11.4.4　小結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　模型仿真結果與討論312
11.5.3　實驗結果317
11.5.4　小結318
參考文獻319