CN111106021A - 一种基于银基键合丝的半导体键合工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于半导体封装技术领域，具体公开了一种基于银基键合丝的半导体键合工艺，所述工艺使用银基键合丝作为焊接线材，包括如下步骤：银基键合丝通过线夹进入瓷嘴，并在瓷嘴末端露出部分银基键合丝，瓷嘴移动到芯片焊盘上方位置，线夹打开，瓷嘴垂直落下，与芯片焊盘接触，完成一焊焊接；线弧，线夹关闭，瓷嘴往上抬起，银基键合丝被拉起到设定的高度后，从最高点移动到基材第二个焊点的位置；瓷嘴垂直向下移动，与基材焊盘接触，完成二焊焊接。本发明采用热超声键合的方式，利用银基键合丝将芯片和基材上的引线键合，相对于金丝键合，具有更好的工艺兼容性，且能够极大的节约成本，并具有高的光反射率和更低的电阻。

Description

一种基于银基键合丝的半导体键合工艺
技术领域
本发明涉及半导体封装技术领域，特别是涉及一种基于银基键合丝的半导体键合工艺。
背景技术
目前封装行业还是以金线键合为主，金线键合一直在封装工艺中占据着主导地位。随着封装产品价格的下行及光电半导体产业的发展，使用银基键合丝是产品的迫切要求。
近年来，银基键合丝为金线键合的替代材料已经快速取得了一定的进展，它的优势包括比金有更高的导电性和导热性，有较高的光学特性，更低的成本。然而，银线极易氧化，会导致键合工艺的失效或可靠性降低。因此，在键合过程中，必须配置保护气，以防止键合丝的氧化。因此，对比金线，银基键合丝键合存在工艺更复杂，难度更高，焊接工艺参数范围窄等问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于银基键合丝的半导体键合工艺，用于解决现有技术中银基键合丝键合工艺复杂、难度高、焊接工艺参数范围窄等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于银基键合丝的半导体键合工艺，所述工艺使用银基键合丝作为焊接线材，包括如下步骤：
(1)银基键合丝通过线夹进入瓷嘴，并在瓷嘴末端露出部分银基键合丝，瓷嘴移动到芯片焊盘上方位置，线夹打开，瓷嘴垂直落下，与芯片焊盘接触，制作第一个焊点，完成一焊焊接；
(2)线弧，线夹关闭，瓷嘴往上抬起，银基键合丝被拉起到设定的高度后，从最高点移动到基材第二个焊点的位置，完成银基键合丝的走线；
(3)瓷嘴垂直向下移动，与基材焊盘接触，制作第二个焊点，完成二焊焊接；
(4)线夹关闭，瓷嘴往上移动，线尾被拉断；
(5)重复步骤(1)-(4)，循环往复，完成多个焊点之间的引线键合；
其中，在键合的整个过程中，均使用保护气体充盈所述瓷嘴及瓷嘴的周边。
进一步，制作第一个焊点时，还包括预烧球阶段：瓷嘴先移动到焊头预备位置，并位于设定的烧球高度，由打火杆产生的高压电传导至打火杆尖端，与露出瓷嘴的银基键合丝之间放电形成一个完整的电流回路过后，将银基键合丝融化形成预烧球。
进一步，所述电流回路的电流为25～39mA。
进一步，所述预烧球阶段：使用喷嘴吹向所述瓷嘴的端部的周侧，使保护气体充盈预烧球区域。
可选地，所述喷嘴为环形喷嘴或侧吹喷嘴。
进一步，制作第一个焊点时，预烧球阶段电子打火后线尾烧结形成的小球的直径为1.6～2.0mil，焊接压力为28～40g，焊接功率为60～80mw，焊接时间为10～20ms。
进一步，制作第二个焊点时，焊接压力为80～110g，焊接功率为80～100mw。
进一步，焊接第一焊点和第二焊点时，键合温度设置为140℃～160℃。
进一步，所述预烧球的直径大小为所述银基键合丝直径的1.5-2倍。
进一步，所述银基键合丝的直径为0.7～1.2mil。
进一步，所述保护气体的成分为99％及以上纯度的氮气，氮气作用是防止银基键合丝氧化，剩余气体为空气。
进一步，所述芯片焊盘和/或基材焊盘为铝焊盘或金焊盘。
进一步，所述芯片焊盘和/或基材焊盘的上表面是银层，所述银层的厚度为40～120μm。
进一步，所述第一个焊点的焊球直径为所述芯片焊盘的直径的80％～95％。第一个焊点的焊球直径过小会造成芯片焊盘产生孔洞，过大会造成芯片焊盘的金属挤出而出现短路现象。
如上所述，本发明的基于银基键合丝的半导体键合工艺，具有以下有益效果：
本发明提供一种用于电子元件封装的银基键合丝键合工艺，采用热超声键合的方式，利用银基键合丝将芯片和基材上的引线键合，制备工艺简单；在键合的整个过程中，使用保护气体充盈瓷嘴及瓷嘴的周边，保护气体的成分为99％以上纯度的氮气，可防止键合过程中银基键合丝的氧化；由于银基键合丝的电导率低于金基键合丝，具有更低的电阻，且银基键合丝对光的反射率优于金基键合丝，非常有利于光电器件的键合，因此，本发明相对于金丝键合，具有更好的工艺兼容性，且能够极大的节约成本，并具有高的光反射率和更低的电阻。
附图说明
图1显示为本发明实施例中步骤(1)的动作示意图。
图2显示为本发明实施例中步骤(2)的动作示意图。
图3显示为本发明实施例中步骤(3)的动作示意图。
图4显示为本发明实施例中步骤(4)的动作示意图。
图5显示为本发明实施例中步骤(5)的动作示意图。
图6显示为本发明实施例中步骤(6)的动作示意图。
图7显示为本发明实施例中环形喷嘴的俯视图。
图8显示为本发明实施例中侧吹喷嘴的正视图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
附图标记说明：
银基键合丝1、线夹2、瓷嘴3、芯片焊盘4、芯片5、基材6、基材焊盘7、预烧球8、第一个焊点9、第二个焊点10、环形喷嘴11、侧吹喷嘴12。
具体实施过程如下：
实施例1
一种基于银基键合丝的半导体键合工艺，步骤如下：
(1)如图1所示，银基键合丝通过线夹进入瓷嘴，并在瓷嘴末端露出部分银基键合丝，线夹关闭，夹住银基键合丝，瓷嘴移动到设定的烧球高度，烧球高度一般为350um-500um。银基键合丝的直径为0.7～1.2mil。
(2)如图2所示，预烧球，由打火杆产生的高压电传导至打火杆尖端，与露出瓷嘴的键合丝之间放电形成一个完整的电流回路过后，将键合丝融化形成预烧球，预烧球的直径大小为1.5-2倍银基键合丝的直径，同时线夹打开。电流回路的电流为25～39mA，预烧球阶段电子打火后线尾烧结形成的小球的直径为1.6～2.0mil。同时，在预烧球阶段，需要使用喷嘴吹向瓷嘴的端部的周侧，使保护气体充盈预烧球区域。
(3)如图3所示，瓷嘴移动到芯片焊盘上方位置，垂直落下，预烧球与芯片焊盘接触过程中，在设定的超声功率、压力和温度的作用下，制作第一个焊点，完成一焊焊接。第一焊球的直径为芯片焊盘大小的80％～95％；焊接压力为28～40g，焊接的功率为60～80mw，焊接时间为10～20ms，键合温度设置为140℃～160℃。
(4)如图4所示，线弧，线夹关闭，焊头带动瓷嘴往上抬起，控制焊头运行轨迹，当银基键合丝拉起到设定的高度后，线夹关闭。
(5)如图5所示，焊头从最高点移动到基材第二个焊点位置，探测高度后打开线夹，焊头垂直向下移动，瓷嘴与基材焊盘接触过程中，在设定的功率、压力和温度的作用下，制作第二个焊点，完成二焊焊接。焊接压力为80～110g，焊接功率为80～100mw，键合温度设置为140℃～160℃。
(6)如图6所示，线夹关闭，焊头带动瓷嘴往上移动，线尾被拉断。
(7)重复步骤(1)-(6)，循环往复，完成多个焊点之间的引线键合。
其中，在键合的整个过程中，均使用保护气体充盈瓷嘴及瓷嘴的周边。保护气体的成分为99％及以上纯度的氮气。
本实施例中，芯片焊盘和基材焊盘为铝焊盘或金焊盘，芯片焊盘和基材焊盘的上表面是银层，银层的厚度为40～120μm。
本实施例中，喷嘴可采用环形喷嘴11或侧吹喷嘴12，如图7和图8所示。
综上所述，本发明采用热超声键合的方式，利用银基键合丝将芯片焊盘和支架基材键合连接起来，在键合的整个过程中，使用保护气体充盈瓷嘴及瓷嘴的周边，保护气体的成分为99％以上纯度的氮气，可防止键合过程中银基键合丝的氧化；由于银基键合丝的电导率低于金基键合丝，具有更低的电阻，且银基键合丝对光的反射率优于金基键合丝，非常有利于光电器件的键合，因此，本发明相对于金丝键合，具有更好的工艺兼容性，且能够极大的节约成本，并具有高的光反射率和更低的电阻。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于银基键合丝的半导体键合工艺，其特征在于，所述工艺使用银基键合丝作为焊接线材，包括如下步骤：
(1)银基键合丝通过线夹进入瓷嘴，并在瓷嘴末端露出部分银基键合丝，瓷嘴移动到芯片焊盘上方位置，线夹打开，瓷嘴垂直落下，与芯片焊盘接触，制作第一个焊点，完成一焊焊接；
(2)线弧，线夹关闭，瓷嘴往上抬起，银基键合丝被拉起到设定的高度后，从最高点移动到基材第二个焊点的位置，完成银基键合丝的走线；
(3)瓷嘴垂直向下移动，与基材焊盘接触，制作第二个焊点，完成二焊焊接；
(4)线夹关闭，瓷嘴往上移动，线尾被拉断；
(5)重复步骤(1)-(4)，循环往复，完成多个焊点之间的引线键合；
在键合的整个过程中，均使用保护气体充盈所述瓷嘴及瓷嘴的周边。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：制作第一个焊点时，还包括预烧球阶段：瓷嘴先移动到焊头预备位置，并位于设定的烧球高度，由打火杆产生的高压电传导至打火杆尖端，与露出瓷嘴的银基键合丝之间放电形成一个完整的电流回路过后，将银基键合丝融化形成预烧球。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于：所述电流回路的电流为25～39mA。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：制作第一个焊点时，预烧球阶段电子打火后线尾烧结形成的小球的直径为1.6～2.0mil，焊接压力为28～40g，焊接的功率为60～80mw，焊接时间为10～20ms；
和/或，制作第二个焊点时，焊接压力为80～110g，焊接功率为80～100mw。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：焊接第一焊点和第二焊点时，键合温度设置为140℃～160℃。
6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述预烧球的直径大小为所述银基键合丝直径的1.5-2倍。
7.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述银基键合丝焊接线材的直径为0.7～1.2mil。
8.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述保护气体的成分为99％及以上纯度的氮气。
9.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述芯片焊盘和/或基材焊盘为铝焊盘或金焊盘。
10.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述芯片焊盘和/或基材焊盘的上表面是银层，所述银层的厚度为40～120μm；
和/或，所述第一个焊点的焊球直径为所述芯片焊盘的直径的80％～95％。
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