[发明专利]一种粗铝丝引线键合的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体封装技术领域，尤其是涉及半导体器件封装中使用粗铝丝引线键合的大功率肖特基、快恢复以及IGBT的实现方法。

背景技术

金丝和铜丝引线键合是电子工业中应用最广泛的引线键合技术，但金丝和铜丝受成本和焊接工艺限制无法满足大功率器件、模块及IGBT等产品的键合技术要求。

随着半导体行业的发展，封装器件的功率大大的提高，以适应市场的需求。器件功率的提高涉及到内引线的耐压能力和电流通量，半导体封装行业首先就采用了粗铝线来代替之前使用的金线、铜线。金线键合工艺虽已经非常的成熟，但其成本昂贵，同时我们在执行大功率器件封装时，使用的内引线线径一般都在500μm及以上，相对换算成50μm的金线，我们得同时焊接15条才能满足器件的封装要求，成本提高几倍、几十倍不等，相信没有任何一家封测企业是能够接受的。目前半导体行业铝线焊接其铝线直径只能做到500μm以下，而我司通过研究能够焊接500μm-1000μm的铝线。对于铜线工艺，在金线的基础上能够节省一定的成本，但其在键合的过程中要求的条件比较复杂，因铜线在执行键合时，需要保护气体的保护，提高成本，增加工艺的难度。铜线焊接前需要电流烧结一个铜球，一旦铜球氧化，很容易在芯片铝层上留下弹坑，对产品的质量带来影响，也使产品的可靠性大打折扣。同时类似于金线，1000μm的粗铝线要用50μm的铜线焊接也需要25条以上，在执行芯片焊接时，更容易给芯片带来不利的影响，针对以上金线、铜线的利弊，我们提出一种500μm-1000μm以上粗铝线键合的实现方法，即能满足大功率器件对封装工艺的要求，同事也克服了金线、铜线的弊端，同时降低产品的功耗，提高产品可靠性，给半导体封装行业带来一大利益。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提出一种粗铝丝引线键合的实现方法，以降低成本，提高键合焊线力学、电学性能，增强键合强度、减小产品键合接触电阻、降低器件功耗和半导体产品可靠性。

本发明解决上述技术问题所才用的技术方案为：

一种粗铝丝引线键合的实现方法，其特征在于如下操作条件：

（1）劈刀的选取

劈刀的设计优化

因铝丝延展性较好，在生产线的作业过程中，扯丝时易造成脱焊，无法连续作业，必须按粗铝丝线径设计规格相匹配的劈刀，在配合设备组装的的切刀切线，使之保证生产线顺利作业。劈刀有几个部位需要进行修改，包括T尺寸、BL尺寸、ER&BF尺寸、H尺寸、W尺寸、VGW尺寸；另外劈刀材料的选择和表面光洁度的选择，保证劈刀有足够的强度来完成焊接过程而不易损耗；还有通过调节切刀与劈刀之间的距离，从而改变一焊尾丝和二焊尾丝的长短，确保一焊和二焊焊点的焊接强度；

本发明在粗铝丝引线键合作业时采用如下规格的劈刀：

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

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

（2）芯片表面铝层厚度检测

弹坑：压焊时输出能量过大，使芯片焊区铝垫受损而留下小洞。

具体试验方法为：将压焊完成的芯片放在浓度为20%-40%是NaOH溶液中，常温浸泡4小时，然后取出用清水冲洗，再用滤纸吸干水分，放在高倍显微镜下观察，会发现压焊区有针孔大小的小洞，颜色呈彩色。

失铝：压焊时输出能量过大，使芯片焊区铝垫撕裂。检验方法同弹坑，检验后芯片铝层会有脱落现象，颜色呈黑色。

制造大圆片时，因为蒸铝工艺上的问题或出于成本表的考虑会导致一批大圆片出现压焊区铝层结合不致密或太薄，当压焊时，劈刀在铝垫上摩擦就比较容易将铝垫撕裂（产生失铝）或留下空洞（产生弹坑），导致产品失效。

将芯片放置在纯度大于85%的磷酸溶液中，根据铝层的溶解时间与标准样本的对比，计算得到芯片表面铝层的厚度；检测出来的芯片表面铝层厚度大于5μm时，才使用粗铝线引线键合。

（3）关键工艺参数的优化匹配

因为粗铝线焊接时要求的功率压力较大，又考虑到芯片铝层厚度的关系，在执行粗铝丝引线键合的时候会遇到类似于弹坑等情况，解决此类问题遵循下面的原则。

先调整参数是一焊焊点打不粘，然后逐步增加功率，压力以及压焊时间，直到焊点和焊点拉力达到工艺要求为止。同时不能过分追求过大的拉力，而追求焊点拉力的CPK值。实际生产中，不同线径的粗铝丝焊点和焊点拉力的工艺要求也不尽相同。