【摘要】：相變存儲器作為下一代最具發(fā)展?jié)摿Φ拇鎯ζ?在讀寫速度、存儲密度、功耗等方面具有顯著優(yōu)勢,封裝測試是相變存儲器研發(fā)的難點之一。引線鍵合技術是微電子封裝的主流技術,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,研究相變存儲器中的超聲楔形鍵合工藝具有十分重要的實際意義和科學意義。本文圍繞相變存儲器中常用的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),主要論述了以下內容:(1)介紹了鍵合質量評價的國際性標準,論述了探究鍵合表面物質的必要性。(2)制備了230nm厚度Pt電極樣品,使用SigmaSEM觀察鍵合點引線的成型特征,發(fā)現(xiàn)Bond 1和Bond 2的成型是一致的。(3)采用化學腐蝕法清除鍵合點的Al線,經(jīng)SEM掃描發(fā)現(xiàn)接合痕由內外橢圓組成,進一步研究了鍵合功率和鍵合時間對外橢圓的長短軸的影響,發(fā)現(xiàn)鍵合功率和鍵合時間對外橢圓長軸幾乎沒有影響,對外橢圓短軸有顯著影響,揭示了楔形鍵合劈刀的振動方向是橫軸方向。(4)分別對鍵合點引線的中心位置和邊緣位置進行EDS成分分析,發(fā)現(xiàn)中心位置沒有IMC物質,IMC物質僅在邊緣位置生成,結合接合痕的特征分析從而推斷出鍵合僅發(fā)生在接合痕的內外橢圓之間。(5)設計了雙鍵合點破壞性拉斷力的測試方法,分別測試了相變存儲器中常用的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)生塑性流動完成接合。楔形鍵合適用于 50μm 以下精細間距的焊盤，引線長度可控，無需加熱，工作溫度低。由于相變存儲器對溫度很敏感，Au 線球形鍵合需要加熱 100℃以上，這有可能破壞相變存儲芯片。而 Al 線楔形鍵合不需要加熱，且相變存儲器 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，對于相變存儲器，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)結構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）驅動壓電換能器，壓電換能器利用逆壓電效應將超聲波發(fā)生器產(chǎn)頻電信號轉換為高頻力信號，力信號經(jīng)過振幅桿放大驅動劈刀，使（劈刀）速振動，同時在劈刀上施加適當?shù)撵o壓力，劈刀就會帶動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，使兩個純凈金緊密接觸達到原子間的結合。摩擦、塑性流動、溫度是實現(xiàn)超聲鍵合的 3 個件，其中摩擦是最主要的。這是因為：摩擦是鍵合過程中的主熱源，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主要條件，因為超聲的作用使得鍵合絲的塑性力增強。1965 年，Langenecker 研究了超聲對金屬的軟化作用，發(fā)現(xiàn)常溫下夠使得Al引線產(chǎn)生延長[19]；Chevalier等人研究了高頻超聲能量對材料的影響[20]
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP333

【參考文獻】

相關期刊論文 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];機械設計與制造;2011年02期

2 韓雷;呂雷;;引線鍵合的動力相圖和等效受載模型[J];電子學報;2010年11期

3 高榮芝;韓雷;;鍵合壓力對粗鋁絲引線鍵合強度的實驗研究[J];壓電與聲光;2007年03期

4 王福亮;韓雷;鐘掘;;超聲功率對引線鍵合強度的影響[J];機械工程學報;2007年03期

5 王福亮;李軍輝;韓雷;鐘掘;;鍵合時間對粗鋁絲超聲引線鍵合強度的影響[J];焊接學報;2006年05期

相關博士學位論文 前2條

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

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

本文編號：2633069