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系統識別號 U0026-3108201123192100
論文名稱(中文) 銅線封裝殘鋁厚度對推力影響
論文名稱(英文) The Effect of The Ball Shear on Aluminum Residue in Copper Wire Bonding Package
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 工程科學系專班
系所名稱(英) Department of Engineering Science (on the job class)
學年度 99
學期 2
出版年 100
研究生(中文) 許心怡
研究生(英文) Shin-Yi Hsu
學號 n9797137
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 72頁
口試委員 指導教授-周榮華
口試委員-趙守嚴
口試委員-黎靖
中文關鍵字 介金屬化合物IMCs  銅球推力  銲線接合 
英文關鍵字 Intermetallic compounds (IMCs)  copper wire ball shear test  copper wire bonding 
學科別分類
中文摘要 在封裝銲線製程中銅線優於金線為銅線之低成本、高導電性、導熱度佳、機械性質高及成長較慢的”介金屬化合物”於銅線與鋁墊之間,可以降低接觸電阻和更好的可靠性;但是因為銅原子化學特性在較容易氧化的關係,會使在封裝銲線的作業過程中與氧氣接觸產生氧化反應,而使得銅線銲線後推力可靠度降低。銲線過程中,因為銅線硬度較金線大,須要較大的銲接力量及能量以將銅球擠壓至鋁墊電極上,而容易造成鋁層底下的矽崩裂導致電性訊號傳遞失敗;但如銲線擠壓力量不足時,也會造成第一銲點不黏及推力下降。
實驗結果顯示IMCs (Intermetallic Compounds,介金屬化合物)厚度會隨著時間與溫度增加而增加;在老化的過程當中,銅球與鋁電極表面接觸會生成”介金屬化合物”,當化合物成分改變時,對於銅球在鋁墊上銲接的推力結果也是有相對的改變,此次有五種”介金屬化合物”的生成,分別為CuAl2、CuAl、Cu4Al3、Cu3Al2及Cu9Al4。
在封裝製程中打線接合為電性連接最重要的製程,此次研究針對在不同老化的條件下,評估打線後殘留鋁墊厚度以及介金屬化合物層的形成對於銅球推力影響。主要實驗結果為在殘留的鋁墊厚度較厚時,銅球推力的表現最好。
此實驗可以幫助找到銅線及鋁墊反應擴散金屬間化合物厚度及介金屬間化合物相層,以球推力驗證老化後的可靠度。
英文摘要 Copper wire is lower cost compared to gold wire. Copper wire shows superior mechanical and electrical properties compared to gold wires. A slower intermetallic compounds (IMCs) growth between copper wires and aluminum pads results in lower contact resistance and better reliability in comparison to gold wires and aluminum pads. However easy oxidation occurred when Cu wires go through the bonding process. The failure mode is deduced from ball shear and reliability tests. Copper wires are harder than gold wire and need more bonding power and force In the wire bonding process. Thus crack under aluminum pad can occur. On the other hand,when wire bonding force is not enough, non-stick situation in the first bond can be resulted.
The IMCs phases observed in this study are CuAl2, CuAl, Cu4Al3, Cu3Al2 and Cu9Al4. The effect of the ball shear on aluminum residue in copper bonding wire package under various temperature and time condition are examined in this study, so that a better wafer aluminum thickness for assembly is obtained.
論文目次 摘要……………………………………………………………………I
Abstract .......................................III
誌 謝…………………………………………………………………IV
表目錄 ………………………………………………………………VII
圖目錄 ………………………………………………………………VIII
第一章 前言 ……………………………………………………………1
1-1問題陳述 …………………………………………………………5
1-2 研究目的.…………………………………………………………5
第二章 文獻回顧 ………………………………………………………7
2-1封裝製程 …………………………………………………………7
2-2銅線銲線在封裝中製程…………………………………………10
第三章 實驗步驟與方法…………………………………………………26
3-1研究方法………………………………………………………………26
第四章 實驗結果…………………………………………………………29
4-1銅鋁介金屬化合物厚度生長的觀察 ……………………………29
4-2銅球在殘留鋁墊上推力影響 ……………………………………36
4-3 殘留鋁墊上之IMCs層成分、厚度對銅球推力強度之影響……49
4-4 銅球在殘留鋁墊上推力的表現…………………………………54
4-5在相同溫度、相同時間、不同殘鋁厚度下之銅球推力強度比較
……………………………………………………………………64
第五章 結論與建議………………………………………………………68
第六章 參考文獻…………………………………………………………70
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