【MMB-097】巨乳マグニチュード12 暴れる！弾む！揺れまくる！縦横無尽に変形する！！ 半导体本事共享-功率半导体Wedge Bonder键合机的本事酌量

当今【MMB-097】巨乳マグニチュード12 暴れる！弾む！揺れまくる！縦横無尽に変形する！！，电子制造封装互连中绝大部分电气连 接神志仍是主要以超声引线键合来杀青的，字据 能量输入神志的不同，可将其分为超声楔形键合 与热超声球形键合两种神志。相较于超声楔形键 合本事，以无标的性、键合速率快为上风的热超 声球形键合本事需要对衔接部位进行局部预热与 烧球，故使得其在工业界受神往进程就不如超声 楔形键合.

Wedge Bonder也叫楔形键合机是一种用于半导体和电子制造中的关节设立，用于将细线（频繁是金线或铝线）衔接到集成电路的焊盘或引线框架上。功率模块是可再活泼力分娩和电动汽车中使用的险些悉数电力电子系统的 关节构建元件，这两个市集是增长最快的市集。它包含一组功率半导体开关， 这些开关互连成特定的拓扑结构并封装在一个外壳中。超声波铝粗线（直 径 100 至 500 m）键合最常用于电气互连功率半导体。由于对提升传统铝 互连可靠性的需求日益加多，用铜线代替铝线引起了东说念主们的极大兴趣兴趣.

在将铜粗线键合诈欺于功率器件中的互连时，一个关节条款是将正确的金属 化层置于芯片焊盘上。铜粗线的硬度至少是铝粗线的两倍，需要更高的键合力 和更大的超声波能量才气告成杀青超声波键合。在具有圭臬铝金属焊盘（厚 度为 3‑10 m，由纯铝或含硅或硅/铜的铝合金制成）的功率器件中，铜粗线 会平直千里入铝焊盘，导致键合参数较低时键合越过弱，键合参数较高时芯片 损坏。铜粗线键合的焊盘金属化层需要弥散强且厚，以将铜线牢固地撑捏在 焊盘上并承受高键合参数。金属化层还需要提供与铜线的冶金键合性。不然， 铜线与铜线之间的键合将无法进行。

探究了各式芯片焊盘金属化，包括铜层和镍层，以杀青铜重线键合。通过对铜重线键合互连进行 3D 有限元建模 (FEM)【MMB-097】巨乳マグニチュード12 暴れる！弾む！揺れまくる！縦横無尽に変形する！！，评估了不同厚度的不 同类型的金属化。

铜粗线键合的三维有限元分析 禁受三维有限元分析了铜粗 线键合的通盘过程，如图1所示。模子由楔形器用、导线和功率芯片构成。考 虑到功率开关器件的典型层结构，芯片被绵薄地建模为由3 m厚的铝焊 盘、1 m厚的SiO2层和200 m厚的硅顺序堆叠而成。咱们还模拟了厚度 为300 m的铜粗线和尺寸与本质中交流的楔形物。假定铜线和铝焊盘为 弹塑性[4‑6]，而硅芯片、氧化层和楔形物为弹性。使用了具有隐式解的商用 有限元软件ABAQUS。

铜重线键合已告成诈欺于电气互连的半桥功率模块的上臂和下臂中的 四个 IGBT 和每个 IGBT 的续流二极管。对各式芯片焊盘金属化（包括 功率器件中使用的圭臬铝焊盘）进行了铜重线键合工艺的 3D FEM。FEM 遵循标明，圭臬铝焊盘上的铜线键合会在键合外围的跟部或趾部侧引起 严重的塑性变形，自后阐明这与内容将铜重线键合到铝焊盘上时不雅察到 的凹坑位置一致。建模还标明，通过在铝焊盘顶部引入镍层不错最显赫地 减少塑性变形。因此，市售 IGBT 和二极管芯片的铝焊盘通过化学镀镍得 到加固。在镍焊盘上告成进行了 300 m 厚的铜线键合，莫得发生凹坑、 不粘和焊盘剥落等键合失败。铜线与镍垫的键合产生了合理的拉力和剪 切强度值。键合界面的 TEM 分析标明，镍垫中通过化学镀千里积的镍和磷 原子以超声波神志扩散到铜线上，这不错归因于两者的牢固键合。界面 处不存在镍和铜的名义氧化物，也未发现任何沾秽物。温度冲击考验和 PCT 不会引起拉力和剪切强度的显赫变化

键合机设立一般主要由以下几个部件构成：

键合头（Bond Head）：包含楔形器用和超声波换能器，用于施加压力和振动以完成键合。可进行精密的XYZ轴畅通以杀青准确的定位。压接：楔形器用压下，使线材斗争焊盘，同期施加超声波能量或热量。塑性变形：超声波振动或热量使线材在压力下变形，并在焊盘名义造成金属间化合物。第一键合（楔形键合）：线材一端与芯片或引线框架的焊盘造成牢固衔接。环路造成：器用挪动，造成衔接所需的线材环路。第二键合（楔形键合）：线材另一端与第二个焊盘衔接楔形器用（Wedge Tool）：特定神志的器用用于压接和塑性变形线材。频繁由硬质材料制成，以保证耐用性和精度。线材赠给系统（Wire Feed System）：自动供给和贬责线材的系统。确保线材在通盘键合过程中的幽闲供给和精详情位。责任台（Work Table）：支捏芯片或引线框架的平台。不错挪动以稳当不同的键合位置和角度。视觉系统（Vision System）：用于对芯片或引线框架进行及时定位和瞄准。包含录像头和图像贬责软件，以提升键合精度。使用光学系统或视觉系统将芯片或引线框架精详情位到键合位置。自动化系统确保楔形器用与焊盘的精准对皆。戒指系统（Control System）：发达操作和监控通盘键合过程的缠绵机系统。包含用户界面，用于缔造参数和监测情景。超声波发生器（Ultrasonic Generator）：产生超声波振动，用于促进线材与焊盘之间的塑性变形和焊合。加热系统（Heating System）（可选）：提供特地的热能以改善键合质地，越过是在需要热压键合的诈欺中。封装和撑捏结构：机械框架和罩壳，提供设立的结构撑捏和保护。键合的责任进程如图：

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当今有两种类型的楔形键合设立。一种以 60° ⻆将导线送入楔形，另一种以 90° ⻆送入导线（图 1）。由于导线通过楔形⼯具，因此第一次和第二次键合都必 须正交。这是镌汰产量的主要成分。此外，楔形键合机的导线夹位于⼯具背面，这大大加多了便于第二次键合和尾部撕开所需的禁入区。

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