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1、la) Free Air Ball INO dimple. No OiTYCmerCdl(b) ll Bonded Ball (V Nd PCChnI：l(c) LcMng ,Good mghtnes)(dl 2w (tUjh bomh Nu hod crck)F I Se electron tmamltns in 3C of Au-15Ag-5fM wire引线键合的低成本分析EquipmentforElectronicProductsManufacturingEPE（总第160期）May.2008引线键合的低成本解决方案JOng-SooCho,Jeong-Tak,Moon（R&D,MKEl
2、ectronCo.,Ltd.Korea,449-812）摘要:最近,金价不断上涨突破了35.4美元g,同时半导体产品特别是存储器类产品的价格却不断下降。目前半导体行业最大的挑战是如何控制并降低成本。为了降低引线键合的原材料成本,近年来金-银合金引线已被开始用来替代金线键合。但是,由于金-银合金引线键合的器件在测试中出现的故障,不能用于在高湿度环境下进行可靠性测试（例如PCT测试）的器件,使其在应用上受到限制。研究了传统Au-Ag合金引线键合的电子器件在PCT测试时所产生的故障机理和钿元素的作用,通过在Au-Ag合金引线中掺入（Pd）钢元素来阻止在高湿度环境下进行可靠性测试时出现的故障。关键词:
3、AU-Ag合金引线;PCT（高压炉测试）;潮湿度;可靠性1介绍金被广泛的作为半导体封装的引线键合。然而，为了降低半导体工业的成本，用其它廉价的金属线替代金线成为一个严峻的问题。金和银能纯粹的溶解，使高容量的银作为合金成分加入金成为可能，因此可以节约半导体封装中的金属线成本。这个众所周知，然而，金银球与铝垫之间连接的退化是一个严峻的问题。湿度可靠性问题在金银合金中起的障碍作用给半导体封装减低成本带来了困难。有两个问题需要考虑：（I）为什么金银球与铝材料的粘合能力在湿度测试中如此脆弱。（2）在金银合金线中用Pd元素解决湿度可靠性中未实现的问题。2讨论与结果2.1 FAB的三种形状：第一种连接、第二
4、种连接、环状连接电子扫描显微镜图象监测查出在图1中不论是自由气球连接第一种连接、第二类针脚连接还是环状都有优点和缺点。结果是，我们需要的是在所有情况下都不会出现问题的类型。2.2 高压炉测试后的连接能力4N的金、含15%的银的金、含15%银和5%把的金三种金属线（直径均为20微米）以球形方式连接到铝上面。使这三种样例作用在JESD22-A102,高压炉条件下（摄氏度,204.9X10（-3）兆帕100%RH）在图2中显示了垂直线描述了连接拉力测试水平,水平线描述了高压炉测试的持续时间。查看图表可以看出含银15%的金的的金属线和纯金的金属线对比高压炉测试24小时后连接拉力水平大幅度下降。再次进行
5、对比，金含量为99.99%的金属线和含！金中含15%银5%钿的金属线，同样条件下，他们保持了原来的连接拉力水平。因此，我们知道把元素可以减缓含15%银的金线在高压炉测试中连接力的降低。图3显示了球形扭转测试结果，在含银15%的金线中，球形扭转测试水平和图2中的连接拉力测试水平相比较下降缓慢.但总体趋势和图2中的连接拉力测试水平几乎相似。图4反映出了含银15%金线与铝垫分界面经过高压炉测试后的电子发射扫描显微镜图像，查看图片可以发现在铝垫上有金属化合复合物。这就是观测到的黑色线条，含银15%的金线与金银铝复合物之间的微小裂缝。图5显示了这条线沿着电子发射扫描显微镜图像中的红线经过电子数据测试后的
6、扫描分析，分析还显示了氧、铝、金、银四种元素。作为一个显著的结果，我们可以发现氧气高峰和铝高峰周围是裂缝较多的区域。从裂缝周围的铝氧化物，我们可以猜想裂缝是由铝氧化物引起的。氧化层与裂缝发生的原因是电流腐蚀,FigSIU)S(*thSTEM)imageoftheinterfacebcfuccn.u-1S*gireandAlmetallizationafterPCTTEM11,rwwnMwnFMlCmMXf*MKEAnAgwca1.2Wia)三LSIhicctranbncrg)UnkSpcvtnMKicrFig6TEMlTnnMihMnEEnxiMcrop)(image&oxygenmappin
7、gmfcbEELSEkc11on-11crg)k1SpcctnMnelcrloftheinterlacebetueenAu-I5Ac*reandAlmcullmtonafterPCT 033O244872%024472%OlUtInW,WTtrwl-g2BPT(BondPullTm)rvultoIhroughRIPrcMurt(ookCTIZ)W4NAUNS%A8AuJ5ATFig3BSTBallShearTcslIVwlgthroughKl(PressureCoukcrTMAmMiSiSuhitrMCbig4S11：M(Sumnmgrransmissiont.lcdrnMc11)iopy)I
8、trugcftheinterfacebetweenAul5*AgWIrCandAlmetallizationafterPCT即银的移动现象。图6显示了含银15%的金线之间经过电子射线显微镜图像与经过电子能量损失光谱仪绘制的氧的图像的分界面。观测到IMC的厚度在50至100纳米之间，裂缝在10至30纳米之间。经过电子能量损失光谱仪分绘制的氯元素都分布在裂缝的区域，因此裂缝是由腐蚀导致这个结论再次被证实。图7显示了电子射线显微镜和电子能量损失光谱仪分析钳元素对含银15%杷5%的金线球与铝材料分界面经过高压炉96小时测试后的影响。查看电子射线显微镜和电子能量损失光谱仪图像可以发现更稀少的金属复合物还
9、有更少氧与没有杷元素之间的比较。测量得到IMC的厚度在20至30纳米之间，并且在电子射线显微镜图像中没有发现裂缝。因此，在含银15%的金线中加入钿会使形成的金属氧化复合物和氧更少，并且没有裂缝。3结论3.1含银15%的金线连接到铝垫的情况(1)高压炉测试使得连接强度大幅下降MKhcrackTEMfTfwmmoecmaMicMcop11450hg7IkMimage&oxygenmappingtugcbytfcLSofthentcfta!cbetweenAu-IS-5aPdwireantiAlmctallzanonafterPCT(2)铝氧化层的形成会导致裂缝产生，导致连接能力下降(3)氧化物形成与裂缝产生的原因是电流腐蚀。在高温和高湿度条件下，银会产生移动现象3.2在含银15%d的金线中加入把的情况(1)在含银15%的金线中加入杷会改善连接能力的在高压炉测试后的大幅下降(2)加入钿使得IMC的产生更少，并且可以防止氧化层的形成
