[發明專利]一種粗鋁絲引線鍵合的實現方法

有效

• 申請號: 201210141776.6
• 申請日: 2012-05-09
• 公開（公告）號: CN102637613A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 李科;蔡少峰;陳鳳甫
• 申請（專利權）人: 四川立泰電子有限公司
• 主分類號: H01L21/603
• 分類號: H01L21/603;H01L21/66
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 方強

技術領域

本發明涉及半導體封裝技術領域，尤其是涉及半導體器件封裝中使用粗鋁絲引線鍵合的大功率肖特基、快恢復以及IGBT的實現方法。

背景技術

金絲和銅絲引線鍵合是電子工業中應用最廣泛的引線鍵合技術，但金絲和銅絲受成本和焊接工藝限制無法滿足大功率器件、模塊及IGBT等產品的鍵合技術要求。

隨著半導體行業的發展，封裝器件的功率大大的提高，以適應市場的需求。器件功率的提高涉及到內引線的耐壓能力和電流通量，半導體封裝行業首先就采用了粗鋁線來代替之前使用的金線、銅線。金線鍵合工藝雖已經非常的成熟，但其成本昂貴，同時我們在執行大功率器件封裝時，使用的內引線線徑一般都在500μm及以上，相對換算成50μm的金線，我們得同時焊接15條才能滿足器件的封裝要求，成本提高幾倍、幾十倍不等，相信沒有任何一家封測企業是能夠接受的。目前半導體行業鋁線焊接其鋁線直徑只能做到500μm以下，而我司通過研究能夠焊接500μm-1000μm的鋁線。對于銅線工藝，在金線的基礎上能夠節省一定的成本，但其在鍵合的過程中要求的條件比較復雜，因銅線在執行鍵合時，需要保護氣體的保護，提高成本，增加工藝的難度。銅線焊接前需要電流燒結一個銅球，一旦銅球氧化，很容易在芯片鋁層上留下彈坑，對產品的質量帶來影響，也使產品的可靠性大打折扣。同時類似于金線，1000μm的粗鋁線要用50μm的銅線焊接也需要25條以上，在執行芯片焊接時，更容易給芯片帶來不利的影響，針對以上金線、銅線的利弊，我們提出一種500μm-1000μm以上粗鋁線鍵合的實現方法，即能滿足大功率器件對封裝工藝的要求，同事也克服了金線、銅線的弊端，同時降低產品的功耗，提高產品可靠性，給半導體封裝行業帶來一大利益。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術現狀而提出一種粗鋁絲引線鍵合的實現方法，以降低成本，提高鍵合焊線力學、電學性能，增強鍵合強度、減小產品鍵合接觸電阻、降低器件功耗和半導體產品可靠性。

本發明解決上述技術問題所才用的技術方案為：

一種粗鋁絲引線鍵合的實現方法，其特征在于如下操作條件：

（1）劈刀的選取

劈刀的設計優化

因鋁絲延展性較好，在生產線的作業過程中，扯絲時易造成脫焊，無法連續作業，必須按粗鋁絲線徑設計規格相匹配的劈刀，在配合設備組裝的的切刀切線，使之保證生產線順利作業。劈刀有幾個部位需要進行修改，包括T尺寸、BL尺寸、ER&BF尺寸、H尺寸、W尺寸、VGW尺寸；另外劈刀材料的選擇和表面光潔度的選擇，保證劈刀有足夠的強度來完成焊接過程而不易損耗；還有通過調節切刀與劈刀之間的距離，從而改變一焊尾絲和二焊尾絲的長短，確保一焊和二焊焊點的焊接強度；

本發明在粗鋁絲引線鍵合作業時采用如下規格的劈刀：

T：1000μm-1800μm、BL：510μm-1060μm、ER&BF：250μm-500μm、

H：750μm-1500μm、W：1000μm-2000μm、VGW：548μm-1093μm；

（2）芯片表面鋁層厚度檢測

彈坑：壓焊時輸出能量過大，使芯片焊區鋁墊受損而留下小洞。

具體試驗方法為：將壓焊完成的芯片放在濃度為20%-40%是NaOH溶液中，常溫浸泡4小時，然后取出用清水沖洗，再用濾紙吸干水分，放在高倍顯微鏡下觀察，會發現壓焊區有針孔大小的小洞，顏色呈彩色。

失鋁：壓焊時輸出能量過大，使芯片焊區鋁墊撕裂。檢驗方法同彈坑，檢驗后芯片鋁層會有脫落現象，顏色呈黑色。

制造大圓片時，因為蒸鋁工藝上的問題或出于成本表的考慮會導致一批大圓片出現壓焊區鋁層結合不致密或太薄，當壓焊時，劈刀在鋁墊上摩擦就比較容易將鋁墊撕裂（產生失鋁）或留下空洞（產生彈坑），導致產品失效。

將芯片放置在純度大于85%的磷酸溶液中，根據鋁層的溶解時間與標準樣本的對比，計算得到芯片表面鋁層的厚度；檢測出來的芯片表面鋁層厚度大于5μm時，才使用粗鋁線引線鍵合。

（3）關鍵工藝參數的優化匹配

因為粗鋁線焊接時要求的功率壓力較大，又考慮到芯片鋁層厚度的關系，在執行粗鋁絲引線鍵合的時候會遇到類似于彈坑等情況，解決此類問題遵循下面的原則。

先調整參數是一焊焊點打不粘，然后逐步增加功率，壓力以及壓焊時間，直到焊點和焊點拉力達到工藝要求為止。同時不能過分追求過大的拉力，而追求焊點拉力的CPK值。實際生產中，不同線徑的粗鋁絲焊點和焊點拉力的工藝要求也不盡相同。