轧制紫铜箔与金丝球键合工艺研究

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1、硕士学位论文轧制紫铜箔与金丝球键合工艺研究RESEARCHONTHEBALLBONDINGPROCESSOFROLLINGCOPPERFOILANDGOLDWIRE栾冬哈尔滨工业大学2013年6月国内图书分类号：TG453+.9学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文轧制紫铜箔与金丝球键合工艺研究硕士研究生：栾冬导师：张鹏副教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2013年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex

2、:TG453+.9U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEBALLBONDINGPROCESSOFROLLINGCOPPERFOILANDGOLDWIRECandidate：LuanDongSupervisor：AssociateProf.ZhangPengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngi

3、neeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2013Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要引线键合工艺主要用于实现芯片与系统间的电气互连，其在芯片封装制造和集成电路装配的过程中占据着重要位置。随着集成电路的微型化和元件封装的高密度化，对于基板材料的性能也提出了更高的要求。铜具有优良的导

4、电和导热性，如果可以用于基板制造，基板性能将会得到较大的提高。本文对轧制T2紫铜箔的金丝球键合工艺进行了研究。通过设置正交实验和对照实验研究了键合温度、键合压力、超声功率、超声时间和键合方向等工艺参数对于键合质量的影响程度及影响规律。并借助于Abaqus有限元软件模拟了在不同超声振荡与轧制流线夹角下金丝球的变形规律。考虑到铜箔表面的轧制流线会对键合工艺存在较大影响，本实验引入了超声振荡方向与轧制流线的夹角，定义为键合方向，表征了超声振荡的输入状态。键合质量主要是通过键合点的圆形度，键合点的面积和键合

5、点的剪切力进行测量的。通过正交实验研究发现键合方向对于键合质量的影响程度要高于其他工艺参数。轧制流线的存在使其与常规键合工艺存在一定差异。根据正交实验得出的结论并结合实际封装生产特点，又对于键合温度、键合压力、超声功率和超声时间设置了对照实验研究了各参数对键合质量的影响规律。由于键合温度的影响较为复杂，所以分别设置了在室温和高温（200℃）条件下的规律研究实验。研究发现，高温下虽然氧化严重，但是其键合质量仍要高于常温键合，这也在一定程度证明了铜-金键合中加热的必要性；键合温度和超声功率对键合工艺造成

6、的正面和负面影响都较大，两者在不同的区间会引起键合质量的波动变化；超声时间和键合压力对于键合效果的影响规律较为简单和直接，主要是起到巩固键合效果的作用，对于键合质量的波动变化影响不明显。通过实验研究结合实际生产要求得出，本实验条件下键合方向45°、90°，键合温度在100℃~170℃，键合压力在170g~210g，超声功率185mw~195mw和205mw~215mw范围，超声时间在160ms~180ms范围内得到的键合点的质量较好。通过有限元模拟得出轧制流线的阻碍作用使得键合区中心部位的变形力可以

7、维持变形的继续而促进键合的实现，这与常规条件下中心经常出现的欠键合区的情况是不同的。通过对于之前实验结论和有限元分析结果的总结得出本研究条件下键合工艺的实现主要是在高温和高频超声振荡辅助下，劈刀下压使金丝球与铜箔产生紧密而稳定的贴合，在足够的塑性变形下金属接触区由于金铜间嵌入-挤出变形和原子间相互扩散效果而形成了牢固而稳定的键合界面，界面处金-铜原子-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文间实现电子共用而形成金属键，达到了原子量级上的键合效果。通过分析键合试样的金相截面可以发现，键合界面中心部位并未出现

8、明显的欠键合区，这也证明了铜箔表面轧制流线对于均匀键合的促进作用。关键词：轧制铜箔；金丝球键合；键合模拟；键合方向-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWirebondingprocessismainlyappliedtotheelectricinterconnectionbetweenthechipandthesystems,anditoccupiestheimportantpositioninchipsmanufacturingandintegra