談起IMC這個問題,有點困惑
IMC到底是越厚越好?還是越薄越好?
IMC全稱為intermetallic(金屬間化合物),金屬化合物是兩種不同金屬原子按照一定比例進行化合,形成與原來兩者晶格不同的新化合物。金屬化合物的形成是在兩種不同金屬的接觸面上,通過原子的熱擴散運動形成的;
在半導體封裝中,我們的芯片PAD主要是由金或鋁兩種金屬材料,bonding wire的材料就比較豐富了,有鋁、銅、鈀銅、金、銀等材料;WB焊接四要素:壓力((bond force),功率(power),時間(time),溫度(temperature),WB的四要素共同加速界面的金屬原子的相互擴散,從而形成Au-Al、Cu-Al和Ag-Al等金屬化合物,從而達到兩種不同材質金屬間的鍵合。
而隨著時間的推移,相互接觸的兩種金屬原子將會繼續擴散,導致IMC不停地朝著兩種金屬深處生長;且由于靠近不同材質界面原子濃度的差異,導致各金屬間化合物原子數量比不同,從而會同時存在多種不同成分的IMC;其次因其不同金屬原子擴散速率的差異,導致Au-Al、Cu-Al和Ag-Al IMC生長方向也各有特點。
我們接下來聊聊
對于如何檢驗IMC是否接觸良好,IMC面積是否滿足要求,哪些可靠性實驗是檢驗IMC,失效分析如何檢查IMC等問題;
在封裝工藝過程中,對于IMC接觸是否滿足封裝要求的快速簡單的方法就是打線的推拉力實驗,抽檢打線的推拉力也是生產線質量管控的重要環節;根據打線材質和線徑的不同來參考不同的推拉力值;
IMC面積的要求大于60%以上,不同的類型的器件對IMC的面積要求也是有差異的;
HTSL/HAST可靠性實驗是檢驗IMC的重要手段;
HTSL:高溫存儲實驗,其實驗條件為150℃環境下將產品儲存1000h,而高溫會加速原子擴散,從而加速IMC生長速度,因此HTSL是評估因IMC生長引起失效的重要手段。
HAST:高溫高濕實驗,其實驗條件為85℃和85%濕度的環境金線存儲,高溫高濕會促進水汽和鹵素進入到封裝體中,如果有Cl元素就會腐蝕IMC,導致IMC出現高阻。
IMC的物質特性是硬而脆,因此形成了一個相互"矛盾"的概念,IMC的生成代表焊球與焊盤之間形成了有效焊接,但當其生長達到一定厚度時,由于其自身的脆性又會導致使用過程中的熱電疲勞在其內部產生裂痕,這種失效風險由IMC生長速度決定,因此Au-Al > Ag-Al > Cu-Al。
所以我們在生產調試過程中會盡量增加IMC的覆蓋面積以達到有效焊接,而在可靠性過程中又會想方設法降低其生長速率,通常是在線材中進行摻雜,以抑制原子擴散速率,尤其是金線;
IMC隨著時間的增加和溫度的增加,IMC會越來越厚,最終會出現柯肯達爾現象,導致一焊點出現高阻失效。
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原文標題:技術分享 | Wire bonding IMC是不是越厚越好?
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