[發明專利]一種基于鈀銅線的半導體鍵合工藝

有效

• 申請號: 201710541340.9
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107256834B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 廖偉春
• 申請（專利權）人: 廖偉春
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60;H05K3/34
• 代理公司: 深圳市創富知識產權代理有限公司 44367
• 代理人: 霍如肖

本發明涉及一種基于鈀銅線的半導體鍵合工藝，包括：A.劈刀移至芯片焊盤的位置，使用表面鍍鈀的純銅線構成的焊線線材制作第一個焊點的焊球；B.拉線弧，焊線線材被拉起到設定的高度后，從最高點移動到第二個焊點的位置，完成焊線線材的走線；C.劈刀移至PCB板的焊盤的位置，使用焊線線材焊接第二個焊點；其中，制作第一個焊點和第二個焊點時，使用保護氣體充盈劈刀及劈刀的周邊，保護氣體的成分為：95％～99％氮氣和1％～5％的氫氣，重量百分比。鈀銅線的價格只有不到金線價格的10％，可以節約大量的成本；在鍵合過程中，使用氫氣作為保護氣，可以將銅從氧化銅里面還原出來；鍵合工藝參數范圍變寬，非常有利于調整到最佳的工藝參數，獲得優良的鍵合效果。

技術領域

本發明涉及半導體封裝技術領域，尤其涉及一種基于鈀銅線的半導體鍵合工藝。

背景技術

目前封裝行業還是以金線鍵合為主，金線鍵合一直在封裝工藝中占據著主導地位。隨著封裝產品價格的下行，金線價格已成為封裝行業的不能承受之重，降低封裝的成本是市場的迫切要求。

近年來，銅作為金線鍵合的替代材料已經快速取得了穩固的地位，它的優勢包括比金有更高的導電性和導熱性，較少形成IMC(Inter-metallic Compound，是指金屬與金屬、金屬與類金屬之間，以金屬鍵或者共價鍵形式結合而成的化合物)，同時具有更好的機械穩定性。

然而，銅線極易氧化，表面生成的氧化銅，氧化銅會導致鍵合工藝的失效。因此在鍵合過程中，必須配置保護氣，以防止銅線的氧化。因此，對比金線，銅線鍵合存在工藝更復雜，難度更高，焊接工藝參數范圍窄等問題。

發明內容

針對上述現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供成本更低的、工藝相對簡單的、操作難度更小的、焊接工藝參數范圍較寬的基于鈀銅線的半導體鍵合工藝。

一種基于鈀銅線的半導體鍵合工藝，包括：

A.劈刀移至芯片焊盤的位置，使用表面鍍鈀的純銅線構成的焊線線材制作第一個焊點的焊球；

B.拉線弧，焊頭帶動劈刀往上抬起，焊線線材被拉起到設定的高度后，從最高點移動到PCB板第二個焊點的位置，完成焊線線材的走線；

C.劈刀移至PCB板的焊盤的位置，使用焊線線材焊接第二個焊點；

其中，制作第一個焊點和第二個焊點時，使用保護氣體充盈劈刀及劈刀的周邊，保護氣體的成分為：95％～99％氮氣和1％～5％的氫氣，重量百分比。

優選的，芯片焊盤為鋁焊盤或金焊盤，第一個焊點的焊球大小為芯片焊盤的大小的80％～95％。

優選的，PCB板的焊盤包括從下而上的三層金屬：銅層、鎳層和銀層，或銅層、鎳層和金層，其中，銅層的厚度為500～800μm，鎳層的厚度為150～250μm，銀層的厚度為60～120μm，金層的厚度為1～5μm。

優選的，制作第一個焊點的焊球時，包括預燒球階段獲得預燒球；

預燒球階段：打火桿尖端與露出劈刀的焊線線材之間放電形成一個完整的電流回路，電流回路的電流為25～35mA。(EFO電流越大，鈀元素融入FAB內部越多，造成FAB硬度越大，進而會導致焊接過程芯片焊盤的開裂或脫落?？刂柒Z元素融入FAB的比例，使用特制劈刀)

優選的，預燒球的直徑的3/4以內，鈀元素所占重量比例低于10％。

優選的，預燒球階段：使用環形噴嘴從下向上吹向焊線線材的端部的周側，從下向上吹，使鈀元素少向預燒球的內部擴散。

優選的，焊線線材的直徑為0.6～0.8mil。