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铜线封装可靠性研究

作　者: 葛晓欢
导　师: 刘冉
学　校: 复旦大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 铜线封装可靠性可靠性实验
分类号: TN405
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

自从上个世纪50年代集成电路发明以来,随着微电子技术的不断发展,集成电路的性能不断提高,而单颗芯片的成本却不断下降。这也带动了相关电子产品的随着性能的提高和成本的下降,走进千家万户,方便了人们的生活。电子类产品从家用电器到电脑,手机,无一不是如此。集成电路的制造工艺也在不断提升,从0.Sum到0.18um,再到如今的65nm,22nm。这使得完成相同功能的芯片面积越来越小,单颗芯片成本越来越低。但是相应的封装成本,因为人工,物料的原因,没有相应的等比例减少,反而有开始上涨的趋势。目前,一般芯片的封装成本已经占整个成本的一半以上,而从封装组成看,物料成本从高到低为：导线,花架,塑封胶,银浆。在通货膨胀的大背景下,封装材料中使用的导线材料一金的价格也在不断上涨,而相应的芯片价格的市场走向却是不断下降。在这种压力之下,我们迫切需要找到金线的替代产品。从20世纪70年代开始,就有人开始使用铜线来替代金线。经过研究,铜线在封装工艺中有着优良的机械和电学特性。但是铜线相比较金线而言,因为化学特性活泼,容易在高温或者高湿条件下氧化,产生可靠性问题；而且金属铜的硬度也比金大,键合时会产生较大力道,击穿铝焊盘,即所谓的“弹坑”,造成芯片失效。这些特性,导致采用铜线,需要在生产,存储和应用过程中解决很多技术性难题。对铜线封装的研究从上个世纪九十年代就已经有些日本材料所和线材厂商开始研究,不过铜线因为自身的问题,一直没有推广开,只是应用在一些粗线径,要求高电流的功率器件上。随着人们对铜线工艺的熟悉和掌握,以及金价的不断提升。台湾几家大封装厂从2000年开始就。研究和采用铜线。而国内封装业起步较晚,从2008年开始,才逐步研究和引入铜线的封装量产。采用铜线封装,可以使得芯片的物料成本有了显著减低。导线成本可以从原先占整个封装物料成本的平均30%减低至5%以下。控制好工艺条件后,在不降低性能的前提下,得到更高性价比的产品。在铜线导入量产的过程中,我们针对铜线做了各个方面的评估和考核。铜线的可靠性是其中最重要的评估内容之一。本论文针对铜线的可靠性问题做了详细和深入的探讨。从检测铜线可靠性的各个实验中,找出铜线可靠性最薄弱的环节。理论和实验相结合,选择和设计相关铜线可靠性的实验,用来监测制造工艺的稳定性。把握好铜线可靠性的关口,不仅有利于增强我们和我们的客户采用铜线封装产品的信心,也是对最终客户的负责。使得芯片和电子产品成本不断降低的同时,他们的性能并不会下降,得到更高性价比的产品。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-7
第一章铜线封装可靠性研究背景  7-12
  1.1 引线封装发展的趋势  7-9
  1.2 铜线键合封装和金线键合封装的差异  9-11
    1.2.1 铜和金的材料差异  9-10
    1.2.2 铜线和金线生产工艺上的差异  10-11
  1.3 铜线封装可靠性研究的意义  11-12
第二章铜线封装可靠性的研究进展  12-15
  2.1 铜铝以及金铝之间的金属间化合物  12-14
  2.2 铜线在高温高湿条件下的可靠性问题  14-15
第三章铜线封装可靠性实验  15-34
  3.1 铜线封装可靠性实验简介  15
  3.2 推拉力实验和弹坑实验  15-21
    3.2.1 推拉力实验  16-18
    3.2.2 弹坑实验  18-21
  3.3 封装级别可靠性实验  21-29
    3.3.1 预处理实验  22-25
    3.3.2 温度循环实验  25-26
    3.3.3 温度冲击实验  26
    3.3.4 高温蒸煮实验  26-29
  3.4 系统级别可靠性实验  29-34
    3.4.1 ESD/Latch up实验  29-31
    3.4.2 OLT/BLT实验  31-32
    3.4.3 EFR实验  32-34
第四章铜线可靠性的分析和检测  34-37
  4.1 制线在高温条件下的可靠性  34-35
  4.2 铜线在高温高湿条件下的可靠性  35-37
第五章结论与展望  37-39
参考文献  39-42
致谢  42-43

铜线封装可靠性研究

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