丝线键合系统及相关方法技术方案

技术编号:14301384 阅读:19 留言:0更新日期:2016-12-26 14:32
本发明专利技术涉及丝线键合系统及相关方法。实施方式可以包括:包含铜(Cu)的键合丝线、包含铝(Al)的键合焊盘以及与键合焊盘电耦接的牺牲阳极,其中该牺牲阳极包含具有在Al的标准电极电位以下的标准电极电位的一种或多种元素。

丝线键合系统及相关方法

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本文要求在2015年4月17日提交的、Qin等人的、题目为“Bond Wires and Methods”的美国临时专利申请No.62149455(‘455临时申请)的申请日期的权益,并且还要求在2015年11月17日提交的、Qin等人的、题目为“Wire Bond Structures and Methods”的美国临时专利申请No.62256130(‘130临时申请)的申请日期的权益,这两个临时申请的全文以提及方式并入本文。
本文的各方面一般地涉及用于丝线键合的结构和系统。
技术介绍
丝线键合包括将丝线与键合焊盘进行热、机械及电连接。在各种丝球键合系统中,超声波或其他能量被用来熔化丝线以形成然后被向下压在键合焊盘上的自由球体。该工艺导致丝线和键合焊盘的材料的混合,从而形成丝线键合。
技术实现思路
丝线键合系统的实施方式可以包括:含有铜(Cu)的键合丝线、含有铝(Al)的键合焊盘以及与键合焊盘电耦接的牺牲阳极,其中牺牲阳极包含具有在Al的标准电极电位以下的标准电极电位的一种或多种元素。丝线键合系统的实施方式可以包括下列方式中的一种、全部或任意多种:该一种或多种元素可以是镁(Mg)、铪(Hf)、铍(Be)之一,或
者它们的任意组合。丝线键合系统的实施方式可以包括含有Cu的键合丝线、含有Al的键合焊盘以及物理及电耦接于键合焊盘的至少一部分之上的牺牲阳极,其中该牺牲阳极包含具有在Al的标准电极电位以下的标准电极电位的一种或多种元素。丝线键合系统的实施方式可以包括下列方式中的一种、全部或任意多种:该一种或多种元素可以是Mg、Hf、Be之一,或者它们的任意组合。丝线键合系统的实施方式可以包括含有Cu的键合丝线以及与键合丝线耦接的键合焊盘,其中该键合焊盘包括含有Al在内的材料以及具有在Cu的标准电极电位与Al的标准电极电位之间的标准电极电位的一种或多种元素。丝线键合系统的实施方式可以包括下列方式中的一种、全部或任意多种:该一种或多种元素可以包括钨(W)。该一种或多种元素可以包括锌(Zn)。该一种或多种元素可以包括铬(Cr)。该一种或多种元素可以包括锡(Sn)。该一种或多种元素可以包括铁(Fe)。该一种或多种元素可以选自钼(Mo)、铬(Cd)、钴(Co)、镍(Ni)、Cu,或者它们的任意组合。键合丝线可以包括含有选自金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、镍(Ni)或者它们的任意组合的金属的涂层。键合丝线还可以包含Ni。丝线键合系统的实施方式可以包括含有Cu的键合丝线、与键合丝线耦接的键合焊盘、含有Al的键合焊盘,以及与在键合丝线与键合焊盘之间的与键合焊盘耦接的层,其中该层包含具有在Al的标准电极电位与Cu的标准电极电位之间的标准电极电位的一种或多种元素。丝线键合系统的实施方式可以包括下列方式中的一种、全部或任意多种:该一种或多种元素可以包括W。该一种或多种元素可以包括Zn。该一种或多种元素可以包括Cr。该一种或多种元素可以包括Sn。该一种或多种元素可以选自Mo、Cd、Co、Ni、Fe、Cu,或者它们的任意组合。键合焊盘还可以包含具有在Cu的标准电极电位与Al的标准电极电位之间的标准电极电位的一种或多种元素。根据本说明书、附图及权利要求书,本领域技术人员将会很清楚上述及其他方面、特征和优点。附图说明实施方式将在下文结合附图来描述,在附图中,相同的附图标记指示相同的元件,并且:图1是与焊盘键合的丝线的透视图;图2是与焊盘的实施方式键合的丝线的截面图;图3是与焊盘耦接的牺牲阳极的实施方式的与焊盘耦接的丝线的截面图;图4是示出耦接于丝线周围的焊盘之上的牺牲阳极的实施方式的与焊盘耦接的丝线的截面图;图5是示出包含形成于丝线和焊盘之间的层的实施方式的焊盘的实施方式的与焊盘耦接的丝线的截面图;图6是示出形成于丝线与焊盘之间的层的另一种实施方式的与焊盘耦接的丝线的截面图。具体实施方式本公开内容及其各方面和实施方式并不限于本文所公开的特定的构
件、组装过程或方法要件。本
已知的与预期的丝线、焊盘和丝线键合系统一致的许多另外的构件、组装过程和/或方法要件根据本公开内容在用于特定的实施方式方面将变得很明显。因此,例如,尽管本文已公开了特定的实施方式,但是这样的实施方式和实施构件可以包括本
所已知的用于这样的丝线、焊盘和丝线键合系统的以及用于实现与预期的操作和方法相容的构件和方法的任何形状、尺寸、样式、类型、模型、版本、度量、浓度、材料、数量、方法要件、步骤等。参考图1,图中示出了与键合焊盘(焊盘)4键合的键合丝线(丝线)2的透视图。在该实施方式中,丝线2已经使用球键合工艺与焊盘4键合。如图所示,在该键合工艺中,丝线2被熔化并且所产生的球体然后与焊盘连接。超声能量与作为副产品的热量的结合,或者超声能量与外部热源的结合软化球体并且在被向下压到焊盘4上时促使已软化的材料在负荷下流动,从而导致两种材料相互混合/粘贴。能够看出,在该工艺中,取决于在丝线上的球体的硬度,焊盘金属位移(PMD)或铝飞溅6的特定量能够在丝线的边缘周围观察到。由于在各种丝线键合工艺(无论是球键合还是楔形键合)中所涉及的温度/能量,丝线和焊盘的材料的各种混合在键合工艺完成后被观察到。在丝线2和焊盘4由金属材料制成的情况下,混合物是包括丝线2和焊盘4的金属的各种金属间化合物(IMC)的合金。图2示出了如图1所示的丝线键合体的截面,示出了丝线2、焊盘4及合金垛8。虽然在图2中,合金垛8被示为朝丝线2向上延伸,但是在各种实施方式中,合金垛8同样可以向下延伸到焊盘4内。在各种实施方式中,可能没有紧随键合之后的可检测到的合金垛8,但是合金垛8在半导体的封装和/或测试操作之后变得容易检测到。在丝线2含有铜(Cu)且焊盘含有铝(Al)的情况下,发生腐蚀的电位在键合工艺之后存在。这是因为标准的Cu/Cu2+电极具有+0.342eV的标准电极电位,并且标准的Cu/Cu1+电极具有+0.521eV的标准电极电位,而标准的Al/Al3+电极具有-1.66eV的标准电极电位。在本文所公开的各种系统实施方式中,Cu的标准电极电位中的任一种都能够被
用作参考。因为电位是不同的,所以在潮湿的环境中,可能会发生电化腐蚀。在不受任何理论限制的情况下,同样应当相信,包围着丝线键合体的模制化合物所含有的任何卤素都能够进一步加速该腐蚀过程。由于该腐蚀,IMC变为被氧化的,并且裂纹能够传播于丝线与焊盘之间,从而导致二者的电分离(electrical separation)。因为在腐蚀产生该结果之前可能需要大量的时间,所以该腐蚀过程产生了无法在半导体封装的初始测试工艺中检测到的可靠性顾虑。前面通过引用并入本文的‘455临时申请,以及Qin等人的题目为“Corrosion Mechanisms of Cu Bond Wires on AlSi Pads”的文章(Conference Proceedings from the 41st International Symposium for Testing and Failure Analysis,p.423-428(2015-11),(Qin等))(该文章的公开内容全文以提及方式并入本文本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种丝线键合系统,包括:包含Cu的键合丝线;包含Al的键合焊盘;以及与所述键合焊盘电耦接的牺牲阳极,所述牺牲阳极包含一种或多种元素,所述一种或多种元素具有的标准电极电位低于Al的标准电极电位。

【技术特征摘要】
2015.04.17 US 62/149,455;2015.11.17 US 62/256,130;1.一种丝线键合系统,包括:包含Cu的键合丝线;包含Al的键合焊盘;以及与所述键合焊盘电耦接的牺牲阳极,所述牺牲阳极包含一种或多种元素,所述一种或多种元素具有的标准电极电位低于Al的标准电极电位。2.根据权利要求1所述的系统,其中所述一种或多种元素是下列中的一种:Mg、Hf、Be以及它们的任意组合。3.一种丝线键合系统,包括:包含Cu的键合丝线;包含Al的键合焊盘;以及物理及电耦接于所述键合焊盘的至少一部分上的牺牲阳极,所述牺牲阳极包含一种或多种元素,所述一种或多种元素具有的标准电极电位低于Al的标准电极电位。4.根据权利要求3所述的系统,其中所述一种或多种元素下列中的一种:Mg、Hf、Be以及它们的任意组合。5.一种丝线键合系统,包括:包含...

【专利技术属性】
技术研发人员:覃文涛G·M·格里瓦纳H·安德森T·安德森G·常
申请(专利权)人:半导体元件工业有限责任公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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