在集成電路封裝行業(yè)中，引線鍵合工藝的應(yīng)用產(chǎn)品超過90%。引線鍵合是指在一定的環(huán)境下，采用超聲加壓的方式，將引線兩端分別焊接在芯片焊盤上和引線框架上，從而實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部電路與外部電路的連接。引線鍵合工藝發(fā)展至今，主要的引線材料有金線、鋁線、銅線等。在MCU、DSP等芯片中，傳統(tǒng)鍵合工藝仍以金線為主，但已出現(xiàn)銅線鍵合工藝的替代趨勢。主要原因有：

（1）銅線鍵合球剪切力比金線高15%～25%，拉力值比金線高10%～20%，且在塑封注塑時(shí)具有良好的抗沖彎性；

（2）銅線相較于金線而言，導(dǎo)電率和導(dǎo)熱性都優(yōu)于金線；

（3）銅線的成本優(yōu)勢遠(yuǎn)超金線，成本僅為金線的1/10。

盡管銅線在很多方面都優(yōu)于金線，但銅線鍵合在以往的產(chǎn)品應(yīng)用中，可靠性的表現(xiàn)卻顯得差強(qiáng)人意。據(jù)統(tǒng)計(jì)，銅線鍵合應(yīng)用中的失效主要形式為鍵合線和基體分離、腐蝕、IMC過度生長等。引起失效的主要有以下因素：

（1）銅線比金線更容易氧化；

（2）銅線硬度大，超聲能量或鍵合力難以控制，工藝窗口較窄；

（3）銅線耐腐蝕性差，對(duì)塑封材料要求高于金線。

隨著引線封裝技術(shù)的發(fā)展，銅線鍵合能夠滿足芯片的多引腳、密間距、小鍵合的發(fā)展要求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)功能更加復(fù)雜、功耗更低、價(jià)格更便宜的市場化需求。在汽車上使用銅線鍵合工藝的芯片產(chǎn)品也逐年提升。而針對(duì)該類型產(chǎn)品的可靠性問題，AEC組織也制定了相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)，即AEC-Q006 （Qualification Requirements for Components using Copper (Cu) Wire Interconnections）。

銅線鍵合半導(dǎo)體產(chǎn)品車規(guī)測試流程

鍵合線作為連接封裝與晶片的重要材料，若采用的鍵合線為銅線，需要特別關(guān)注硅片與封裝相互影響方面（CPI）的試驗(yàn)。以IC的車規(guī)驗(yàn)證為例，以往只需要依據(jù)AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)開展測試，而對(duì)于銅線鍵合IC，則必須考慮AEC-Q006的額外要求，即進(jìn)行AEC-Q100 Group A項(xiàng)目的加嚴(yán)測試，重點(diǎn)考察晶片與封裝的可靠性，主要包括封裝材料之間的熱膨脹匹配性、濕氣對(duì)封裝連接材料的腐蝕、高溫對(duì)鍵合線連接處的IMC生長等，相關(guān)試驗(yàn)流程如圖1所示：

圖1：銅線AEC-Q100環(huán)境試驗(yàn)流程圖

通過上述流程可以看出：

①對(duì)于聲掃樣品可以有兩種選擇，分別為對(duì)樣品進(jìn)行標(biāo)記和隨機(jī)抽取樣品兩種形式。如果對(duì)樣品進(jìn)行標(biāo)記，那么只需在3批次的樣品中，每個(gè)批次分別標(biāo)記11顆進(jìn)行試驗(yàn)前后聲掃測試；否則，每個(gè)批次隨機(jī)抽取22顆樣品進(jìn)行試驗(yàn)前后聲掃。

②涉及到兩次應(yīng)力（stress 2×）測試的試驗(yàn)主要是TC、HAST/THB、PTC、HTSL，其中TC和HAST/THB主要是針對(duì)銅線的工藝窗口較窄，且銅線的耐腐蝕性較差展開考察。另外，標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)這兩項(xiàng)試驗(yàn)也給出了相應(yīng)試驗(yàn)優(yōu)化流程。第一次應(yīng)力試驗(yàn)后鍵合線力學(xué)性能和截面觀察測試可以放到第二次應(yīng)力后再執(zhí)行。

③對(duì)于PTC試驗(yàn)來說，無需進(jìn)行鍵合線力學(xué)性能和截面觀察的測試，主要的原因是：在AEC-Q的可靠性模型中，PTC這個(gè)試驗(yàn)主要傾向于考察焊點(diǎn)疲勞和die attach這個(gè)兩個(gè)方面的可靠性。

④HTSL試驗(yàn)主要考察鍵合線的IMC生長，該測試在兩次應(yīng)力試驗(yàn)后均需進(jìn)行鍵合點(diǎn)剖面切片觀察；另外影響IMC的生長的因素主要可以分為溫度和塑封料氯離子含量等兩大要素，因此執(zhí)行該項(xiàng)試驗(yàn)需要盡可能不要選擇超過150°C的測試溫度作為測試條件。

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