【摘要】：相變存儲(chǔ)器作為下一代最具發(fā)展?jié)摿Φ拇鎯?chǔ)器,在讀寫速度、存儲(chǔ)密度、功耗等方面具有顯著優(yōu)勢(shì),封裝測(cè)試是相變存儲(chǔ)器研發(fā)的難點(diǎn)之一。引線鍵合技術(shù)是微電子封裝的主流技術(shù),目前引線鍵合工藝的研究主要集中在Cu、Al、Au等傳統(tǒng)材料厚焊盤上。相變存儲(chǔ)器的電極焊盤材料種類多樣,焊盤很薄,超聲楔形鍵合作為引線鍵合的重要形式,研究相變存儲(chǔ)器中的超聲楔形鍵合工藝具有十分重要的實(shí)際意義和科學(xué)意義。本文圍繞相變存儲(chǔ)器中常用的Pt、Ti、Cu、TiW、Ag、Ta等六種電極材料研究其超聲楔形鍵合工藝及參數(shù),主要論述了以下內(nèi)容:(1)介紹了鍵合質(zhì)量評(píng)價(jià)的國(guó)際性標(biāo)準(zhǔn),論述了探究鍵合表面物質(zhì)的必要性。(2)制備了230nm厚度Pt電極樣品,使用SigmaSEM觀察鍵合點(diǎn)引線的成型特征,發(fā)現(xiàn)Bond 1和Bond 2的成型是一致的。(3)采用化學(xué)腐蝕法清除鍵合點(diǎn)的Al線,經(jīng)SEM掃描發(fā)現(xiàn)接合痕由內(nèi)外橢圓組成,進(jìn)一步研究了鍵合功率和鍵合時(shí)間對(duì)外橢圓的長(zhǎng)短軸的影響,發(fā)現(xiàn)鍵合功率和鍵合時(shí)間對(duì)外橢圓長(zhǎng)軸幾乎沒有影響,對(duì)外橢圓短軸有顯著影響,揭示了楔形鍵合劈刀的振動(dòng)方向是橫軸方向。(4)分別對(duì)鍵合點(diǎn)引線的中心位置和邊緣位置進(jìn)行EDS成分分析,發(fā)現(xiàn)中心位置沒有IMC物質(zhì),IMC物質(zhì)僅在邊緣位置生成,結(jié)合接合痕的特征分析從而推斷出鍵合僅發(fā)生在接合痕的內(nèi)外橢圓之間。(5)設(shè)計(jì)了雙鍵合點(diǎn)破壞性拉斷力的測(cè)試方法,分別測(cè)試了相變存儲(chǔ)器中常用的Pt、Ti、Cu、TiW、Ag、Ta等六種電極材料在不同鍵合功率和鍵合時(shí)間條件下的拉斷力,并擬合了拉斷力與鍵合功率的函數(shù)關(guān)系。(6)最后從接合面積和引線變形率分析了拉斷力的影響因素,指出接合面積和引線變形率的雙重影響導(dǎo)致了拉斷力隨著鍵合功率的增大先增后減。
【圖文】：

按照鍵合成型形狀分類，引線鍵合又有球形鍵合和楔形鍵合兩種形式。一般而言，球形鍵合使用的線材是Au絲，采用90°鍵合劈刀，鍵合時(shí)需要加熱到100-200℃之間，鍵合部位為球形，形成球形—楔形鍵合。球形鍵合一般采用線徑 75μm（直徑）以下的 Au 絲，主要是由于 Au 絲在高溫受壓狀態(tài)下容易變形，抗氧化性能也非常好，成球性好，一般適用于間距 100μm 以上的焊盤。而楔形鍵合采用楔形劈刀（45°），，常用的楔形鍵合工藝是常溫下的 Al 線超聲波鍵合，在劈刀壓力和超聲波的作用下，Al 線和焊盤的純凈表面之間發(fā)生劇烈摩擦產(chǎn)生塑性流動(dòng)完成接合。楔形鍵合適用于 50μm 以下精細(xì)間距的焊盤，引線長(zhǎng)度可控，無需加熱，工作溫度低。由于相變存儲(chǔ)器對(duì)溫度很敏感，Au 線球形鍵合需要加熱 100℃以上，這有可能破壞相變存儲(chǔ)芯片。而 Al 線楔形鍵合不需要加熱，且相變存儲(chǔ)器 Pad 之間間距很小，所以采用常溫下 Al 線楔形鍵合完成芯片互連封裝。因此，對(duì)于相變存儲(chǔ)器，本文研究的是引線鍵合中的超聲楔形鍵合。

圖 1-2 超聲鍵合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖金屬絲與金屬焊盤（電極材料）直接鍵合的原理是：超聲波發(fā)生器產(chǎn)生能頻電信號(hào)）驅(qū)動(dòng)壓電換能器，壓電換能器利用逆壓電效應(yīng)將超聲波發(fā)生器產(chǎn)頻電信號(hào)轉(zhuǎn)換為高頻力信號(hào)，力信號(hào)經(jīng)過振幅桿放大驅(qū)動(dòng)劈刀，使（劈刀）速振動(dòng)，同時(shí)在劈刀上施加適當(dāng)?shù)撵o壓力，劈刀就會(huì)帶動(dòng)金屬絲在焊盤表面烈摩擦，去除表面阻焊物，金屬絲和焊盤表面產(chǎn)生塑性變形，使兩個(gè)純凈金緊密接觸達(dá)到原子間的結(jié)合。摩擦、塑性流動(dòng)、溫度是實(shí)現(xiàn)超聲鍵合的 3 個(gè)件，其中摩擦是最主要的。這是因?yàn)椋耗Σ潦擎I合過程中的主熱源，并且可氧化膜等阻焊物，為純凈金屬表面之間相互接觸創(chuàng)造了條件。另外，有研究為超聲的存在是鍵合的第四個(gè)主要條件，因?yàn)槌暤淖饔檬沟面I合絲的塑性力增強(qiáng)。1965 年，Langenecker 研究了超聲對(duì)金屬的軟化作用，發(fā)現(xiàn)常溫下夠使得Al引線產(chǎn)生延長(zhǎng)[19]；Chevalier等人研究了高頻超聲能量對(duì)材料的影響[20]
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP333

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 秦文;高健;楊志軍;吳小洪;李克天;陳新;;引線鍵合工藝參數(shù)的有限元分析[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2011年02期

2 韓雷;呂雷;;引線鍵合的動(dòng)力相圖和等效受載模型[J];電子學(xué)報(bào);2010年11期

3 高榮芝;韓雷;;鍵合壓力對(duì)粗鋁絲引線鍵合強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)研究[J];壓電與聲光;2007年03期

4 王福亮;韓雷;鐘掘;;超聲功率對(duì)引線鍵合強(qiáng)度的影響[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2007年03期

5 王福亮;李軍輝;韓雷;鐘掘;;鍵合時(shí)間對(duì)粗鋁絲超聲引線鍵合強(qiáng)度的影響[J];焊接學(xué)報(bào);2006年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 李君蘭;面向芯片封裝的機(jī)器視覺精密定位系統(tǒng)的研究[D];天津大學(xué);2010年

2 計(jì)紅軍;超聲楔形鍵合界面連接物理機(jī)理研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2633069