Wire-bond基础知识介绍

1目录１．WireBonding種類２．BallBonding実現手段３．Bonding用Wire４．Bonding用Capillary５．BallBondingProcess的概要６．超声波７．FAB（FreeAirBall）形成８．WirePullTest９．WireBonding稳定化WireBonding的基礎2１．WireBonding種類BallBonder半導体Chip上的接続電極和Packageの外部提取用端子間用BondingWire来连接要连接的金属之间进行加熱，通过受熱或者超声波振動或者受两方的影响结合。这种方式是为降低Bonding温度为目的所開発的。为补充因温度降低导致熱Energy減少的部分而附加超声波EnergyBonding温度：３００℃前後Bonding温度：２００℃前後低温化熱压缩方式WedgeBondingＡｌ、ＡｕWireBallBondingＡｕ、ＣｕWireWireBonding超声波・熱圧缩并用方式3２．影响BallBonding的要因DieBondingDieBonderLeadFrame／基板接着剤半導体ChipCureBallBondingWireCapillaryBonding技術（Process技術）BallBonder（装置技術）4主要特征有等、具有良好的化学性、機械性的性質３．Bonding用Wire３－１ＡｕWireの主要特征在大気中或在水中化学性稳定及非氧化的性質。金属中、展延性较好、可加工Bonding用Wire使用的直径为１０～３８μｍ程度的極細線。吸収Gas极其少具有对熱压缩Bonding最适合的硬度具有耐樹脂Mold的Stress的機械性強度具有銀、銅其次的高電気传导性电阻率（μΩ・ｃｍ）的比較Ag（１．６）＜Cu（１．７）＜Au（２．３）＜Al（２．７）３－２ＡｕWire的特性高純度（５Ｎ：９９．９９９％）生金上添加特定的不純物、再经过加工行程調質処理（熱処理：Anneal）、作成具备各种特性的Wire。5高温破断強度与自然Loop高度自然Loop高度（μm）高温破断強度（ｃN）線径：25μmBonder：CUB-10（Reverse無し）高温条件：250℃X20sec●：高Loop□：中Loop△：低Loop◇：超低Loop根据MitsubishiMaterials的資料転載ＭＧＳ／ＭＧＭ３熱影響領域大、Loop高度高。使用在需要高Loop的Tr或Sensor上。还使用在用大線形流大電流的PowerTr上。ＭＧＨ１／ＭＧＨ２／ＭＧＨ３／ＭＧＨ４／ＭＧＭ４用在Loop長4mm的Memory等用在少PinPackage上。ＭＧＭ６／ＭＧＭ７用在Loop長7mm的Logic等用在多PinQFPPackage上。ＭＧＦＬ１／ＭＧＦＬ２／ＭＧＦＬ－Ｂ／ＭＧＦＬ４／ＭＧＦＬ５高強度Type的４NWire、用在最新狭PichPakage(QFP,BGA,CSP)用途上。可利用高強度、原有的Wire同等強度得到細線径、可实现CostDown。ＭＧＨ０／ＭＧＨＬ１／ＭＧＨＬ２热影响领域小、可形成Loop高度低的Loop可使用在TSOP等薄型Package或S-MCP。ＭＧＡ１／ＭＧＡ２／ＭＧＡ３／ＭＧＡ４具有高強度和高信頼性、是第2世代使用的2N純度金合金Wire。尤其是要求60μmPich以下狭PichBonding的用户、为保证充分的信頼性、推荐使用合金Wire的熱影響領域（再結晶領域）6对ＡｕWire的要求、除純度以外等機能的要求寸法的精度要高（用0.1um制御可能）表面要圆滑、金属要有光泽表面不能有灰尘、污染具有拉伸强度、要有一定的弹性Curl（卷曲性）要小ＡｕWire前端形成的Ball的形状要有一定的真圆性３－３对ＡｕWire的要求7WD:WireDiameter(Wire径)H:HoleDiameter(Hole径)CD:Diameter(Chamfer径)CA:ChamferAngle(Chamfer角)OR:OuterRadiusFA:FaceAngle(Face角)T:Tip(前端径)４．Bonding用Capillary４－１Capillary的基本FAHCDTCAWDORCapillary（BondingTool）按下記寸法,被設計・製作的各寸法会压到Pad的BallSize及压到Lead的StitchSize,所以需要十分谨慎。8HWD４－２对BallBond直接影響的Capillary寸法仕様（１）Hole径（Ｈ）Hole径是由规定的Wire径（ＷＤ）来決定標準是Wire径的１．３～１．５倍WD:WireDiameter(Wire径)H:HoleDiameter(Hole径)FinePadPitch用上,为Control成小的BallSize、Wire径最好是小Hole径,Wire径的大部分是１．３倍以下9与所要求的Ball圧缩径相比、Chamfer径过于大４－２对BallBond直接影響的Capillary寸法仕様（２）Chamfer径（ＣＤ）Pad開口部→BallSize→Chamfer径Chamfer径过于大的话、Bonding強度有弱的傾向CDCD10CDCA:70(Degree)MBDSmallerCD–SmallerMBDCDCA:120(Degree)MBDBiggerCD–BiggerMBDFABのCentering接合時的左右荷重・超音波振動伝達４－２对BallBond直接影響的Capillary寸法仕様（３）Chamfer角作为傾向性所定的Chamfer角：小→BallSize：小Chamfer角：大→BallSize：大11４－３根据BondPitch所限制的Capillary的寸法仕様（参考）B.P.PLHB.TTipCAW.D.Ｔ寸法、Corn角所定的BondPitch、是由Loop高度決定MinB.P.P.=Tip/2+Tan(CA/2)×(L.H.-B.T.)+W.D/2+AB.P.P:BondPadPitch（BondPadPitch）L.H.:LoopHeight（Loop高度）B.T.:BondThickness（Ball圧缩厚度）W.D.:WireDiameter（Wire径）A:BonderAccuracy+OperatorAccuracy（Bond精度＋Teaching精度）12４－４ＫｏｄｅｎｓｈｉＣａｐｉｌｌａｒｙ的現状①1stBallLift対策Ball厚度SPEC：17±5μm実測：約30μmBall径SPEC：110±20μm実測：約90μm如左図所示、Ball形状Spec：Ball厚度=17±5μm、Ball径=110±20μm現状Chamfer角强压USPower在Spec外。还有、Ball径的宽度也小，与Pad的接触面積也小。将Chamfer角90°→120变更可使Ball形状变大随之Ball的宽度变宽、与Pad接合面積也能变宽。13Chamfer角Chamfer角90°（現状品）Chamfer角120°（変更品）USPower条件30803080Ball厚度（μm）AVG29261411MIN26231310MAX33301512Ball径（μm）AVG8997111111MIN8392105104MAX98105117117Chamfer角与Ball形状（依据KKC評価結果）CA（ChamferAngle）从90°→120°変更来确保Ｂａｌｌ宽度，可使接触面積增大。ChamferAngle：90°ChamferAngle：120°14②2ndNeckOpen対策2ndNeck部Crack発生荷重过度附加接触面导致破损→HillCrack発生对HillCrack、Capillary的OR（OuterRadius）及FA（FaceAngle）形状是重要Point。15FA（FaceAngle）変更0°→8°変更来抑制与接触面過度强加荷重。OR（OuterRadius）：0.0035inch同一用FA変更的WirePull強度面确认不到有意差，但如下記图片，2ndNeck部的状態比较稳定。FA=0°、MIN条件FA=0°、MAX条件FA=8°、MIN条件FA=8°、MAX条件FA=0°、TYP条件FA=8°、TYP条件16５．BallBonding的Process概要５－１超声波熱圧缩的Process概要（没有LoopControl的情况）Lead半導体Chip①Search動作①Search動作①Search動作从Capillary前端突出的Wire前端形成Ball状態、Capillary对着１ｓｔBond位置（Pad表面）的速度会下降（５ｍｍ／ｓｅｃ－２０ｍｍ／ｓｅｃ）。②超声波荷重熱１ｓｔBonding②１ｓｔBonding②１ｓｔBondCapillaryTouch到Pad表面后、随着静荷重、超声波振動的温度、Ball压着到Pad表面。17Wire陆续挤出③吸入Wire④⑤Looping③－⑤looping③Looping１ｓｔBond完了後、Capillary向２ｎｄBond点移動的過程中、Capillary上升５ｍｍ左右、会陆续挤出形成Loop必要長度以上的Wire。④－⑤Looping之后Capillary从最高点落到２ｎｄBond点的過程、ＡｕWire被吸到Capillary、過剰なWire到达２ｎｄBond点。18滑走路的形成随放形成Ball⑧⑥⑦Feed·up２ｎｄBondingFAB形成⑥2ndBonding－⑧FAB（Ball）形成⑥２ｎｄBond到达２ｎｄBond点後、根据静荷重、超声波振動的温度Wire压接Lead表面。⑦FeedUp２ｎｄBond完了後、形成Bonding必要的Ball,但为了形成必要的、所定的Wire挤出、上升到Spark为止。⑧Ball形成Capillary上升到Spark高度後、通过放電,Wire前端形成Ball