面向LED封裝的XY二自由度的工作臺的設計

面向LED封裝的XY二自由度的工作臺的設計,面向,led,封裝,xy,自由度,工作臺,設計 引線鍵合的低成本分析 Equipment for Electronic Products ManufacturingEPE（總第160期）May.2008引線鍵合的低成本解決方案Jong-Soo Cho,Jeong-Tak,Moon(R&D,MK Electron Co.,Ltd.Korea,449-812)摘要:最近,金價不斷上漲突破了35.4美元/g,同時半導體產品特別是存儲器類產品的價格卻不斷下降。目前半導體行業(yè)最大的挑戰(zhàn)是如何控制并降低成本。為了降低引線鍵合的原材料成本,近年來金-銀合金引線已被開始用來替代金線鍵合。但是,由于金-銀合金引線鍵合的器件在測試中出現(xiàn)的故障,不能用于在高濕度環(huán)境下進行可靠性測試(例如PCT測試)的器件,使其在應用上受到限制。研究了傳統(tǒng)Au-Ag合金引線鍵合的電子器件在PCT測試時所產生的故障機理和鈀元素的作用,通過在Au-Ag合金引線中摻入(Pd)鈀元素來阻止在高濕度環(huán)境下進行可靠性測試時出現(xiàn)的故障。關鍵詞:Au-Ag合金引線;PCT(高壓爐測試);潮濕度;可靠性 1介紹 金被廣泛的作為半導體封裝的引線鍵合。然而，為了降低半導體工業(yè)的成本，用其它廉價的金屬線替代金線成為一個嚴峻的問題。金和銀能純粹的溶解，使高容量的銀作為合金成分加入金成為可能，因此可以節(jié)約半導體封裝中的金屬線成本。這個眾所周知，然而，金銀球與鋁墊之間連接的退化是一個嚴峻的問題。濕度可靠性問題在金銀合金中起的障礙作用給半導體封裝減低成本帶來了困難。有兩個問題需要考慮：（1）為什么金銀球與鋁材料的粘合能力在濕度測試中如此脆弱。（2）在金銀合金線中用Pd元素解決濕度可靠性中未實現(xiàn)的問題。 2討論與結果 2.1 FAB的三種形狀：第一種連接、第二種連接、環(huán)狀連接 電子掃描顯微鏡圖象監(jiān)測查出在圖1中不論是自由氣球連接第一種連接、第二類針腳連接還是環(huán)狀都有優(yōu)點和缺點。結果是，我們需要的是在所有情況下都不會出現(xiàn)問題的類型。 2.2高壓爐測試后的連接能力 4N的金、含15%的銀的金、含15%銀和5%鈀的金三種金屬線（直徑均為20微米）以球形方式連接到鋁上面。使這三種樣例作用在JESD 22-A102，高壓爐條件下（121攝氏度，204.9X10（-3）兆帕100%RH） 在圖2中顯示了垂直線描述了連接拉力測試水平，水平線描述了高壓爐測試的持續(xù)時間。查看圖表可以看出含銀15%的金的的金屬線和純金的金屬線對比高壓爐測試24小時后連接拉力水平大幅度下降。再次進行對比，金含量為99.99%的金屬線和含！金中含15%銀5%鈀的金屬線，同樣條件下，他們保持了原來的連接拉力水平。 因此，我們知道鈀元素可以減緩含15%銀的金線在高壓爐測試中連接力的降低。 圖3顯示了球形扭轉測試結果，在含銀15%的金線中，球形扭轉測試水平和圖2中的連接拉力測試水平相比較下降緩慢。但總體趨勢和圖2中的連接拉力測試水平幾乎相似。 圖4反映出了含銀15%金線與鋁墊分界面經(jīng)過高壓爐測試后的電子發(fā)射掃描顯微鏡圖像，查看圖片可以發(fā)現(xiàn)在鋁墊上有金屬化合復合物。這就是觀測到的黑色線條，含銀15%的金線與金銀鋁復合物之間的微小裂縫。 圖5顯示了這條線沿著電子發(fā)射掃描顯微鏡圖像中的紅線經(jīng)過電子數(shù)據(jù)測試后的掃描分析，分析還顯示了氧、鋁、金、銀四種元素。作為一個顯著的結果，我們可以發(fā)現(xiàn)氧氣高峰和鋁高峰周圍是裂縫較多的區(qū)域。從裂縫周圍的鋁氧化物，我們可以猜想裂縫是由鋁氧化物引起的。氧化層與裂縫發(fā)生的原因是電流腐蝕，即銀的移動現(xiàn)象。 圖6顯示了含銀15%的金線之間經(jīng)過電子射線顯微鏡圖像與經(jīng)過電子能量損失光譜儀繪制的氧的圖像的分界面。觀測到IMC的厚度在50至100納米之間，裂縫在10至30納米之間。 經(jīng)過電子能量損失光譜儀分繪制的氧元素都分布在裂縫的區(qū)域，因此裂縫是由腐蝕導致這個結論再次被證實。 圖7顯示了電子射線顯微鏡和電子能量損失光譜儀分析鈀元素對含銀15%鈀5%的金線球與鋁材料分界面經(jīng)過高壓爐96小時測試后的影響。 查看電子射線顯微鏡和電子能量損失光譜儀圖像可以發(fā)現(xiàn)更稀少的金屬復合物還有更少氧與沒有鈀元素之間的比較。測量得到IMC的厚度在20至30納米之間，并且在電子射線顯微鏡圖像中沒有發(fā)現(xiàn)裂縫。 因此，在含銀15%的金線中加入鈀會使形成的金屬氧化復合物和氧更少，并且沒有裂縫。 3 結論 3.1含銀15%的金線連接到鋁墊的情況 （1）高壓爐測試使得連接強度大幅下降 （2）鋁氧化層的形成會導致裂縫產生，導致連接能力下降 （3）氧化物形成與裂縫產生的原因是電流腐蝕。在高溫和高濕度條件下，銀會產生移動現(xiàn)象 3.2在含銀15%d的金線中加入鈀的情況 （1）在含銀15%的金線中加入鈀會改善連接能力的在高壓爐測試后的大幅下降 （2）加入鈀使得IMC的產生更少，并且可以防止氧化層的形成