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譯者序 原書前言 作者簡介 第1章技術概論1 1.1楔形和球形鍵合機操作2 1.2如何解決鍵合問題5 1.2.1哪些材料可以進行超聲鍵合5 1.2.2新鍵合系統的可鍵合性和可靠性7 1.2.3引線鍵合的特殊用途9 參考文獻9 第2章超聲鍵合系統與技術10 2.1引言10 2.2超聲換能器及鍵合工具的振動模式10 2.3超聲鍵合的形成(經驗描述)16 2.3.1超聲與熱超聲鍵合過程簡述20 2.4高頻超聲能量鍵合23 2.5鍵合過程(即時)監控25 2.6引線鍵合技術26 2.6.1熱壓鍵合26 2.6.2超聲楔形鍵合27 2.6.3熱超聲球形鍵合與楔形鍵合28 2.6.4新型/不同的引線鍵合技術28 2.7細引線鍵合技術的演變30 2.7.1薄帶線鍵合30 2.7.2平行間隙電極焊和鑷子焊接32 2.8引線鍵合的替代技術(倒裝晶片和載帶自動鍵合)33 2.8.1倒裝晶片33 2.8.2載帶自動鍵合34 2.9引線鍵合技術:比較和未來方向35 參考文獻37 第3章鍵合引線的冶金學特性41 3.1引言41 3.2鍵合引線的應力-應變特性41 3.3鍵合引線的存儲壽命老化42 3.4鍵合金絲的綜述47 3.5超聲楔形鍵合用鋁絲49 3.6引線及金屬層硬度50 3.7EFO極性的影響50 3.8鍵合引線的疲勞性能51 3.9球形鍵合用的銅絲54 3.10導線燒斷(熔斷)55 3.10.1鍵合引線55 3.10.2印製電路板(PCB)及多晶片模組(MCM)導電線路的允許電流59 附錄3A鍵合引線、鍵合試驗的ASTM標準和規範清單59 附錄3B銅絲鍵合是金絲鍵合的低成本解決方案嗎59 參考文獻62 第4章引線鍵合測試64 4.1引言64 4.2破壞性鍵合拉力測試65 4.2.1鍵合拉力測試的變數65 4.2.2剝離測試(鑷子拉拔)68 4.2.3失效預測—基於拉力測試資料69 4.2.4引線性能和鍵合工藝對拉力的影響69 4.2.5引線伸長對拉力的影響72 4.3焊球-剪切測試75 4.3.1引言75 4.3.2測試儀器75 4.3.3手動剪切探頭77 4.3.4焊球-剪切測試的影響因素78 4.3.5焊球剪切力與鍵合區域的關係82 4.3.6金-鋁金屬間化合物對剪切力的影響86 4.3.7拉拔測試、撬杠測試、翻轉測試及其他測試87 4.3.8焊球-剪切測試與鍵合點拉力測試的對比88 4.3.9焊球-剪切測試的應用88 4.3.10楔形鍵合點的剪切測試91 4.3.11焊球-剪切測試標準93 4.4球形和楔形鍵合點評估94 4.5熱應力試驗可靠性評估94 4.6未來面臨的問題95 附錄4A焊球-剪切測試的典型失效模式96 附錄4B非破壞性鍵合拉力測試97 4B.1引言97 4B.2NDPT的冶金學和統計學解釋98 4B.3由NDPT引起的冶金性能缺陷99 4B.4NDPT的局限性100 4B.5關鍵航太應用中NDPT的現狀101 參考文獻102 第5章金-鋁金屬間化合物及其他金屬介面反應105 5.1金-鋁金屬間化合物的形成及經典的引線鍵合失效105 5.1.1概述105 5.1.2金-鋁體系中金屬間化合物的形成106 5.1.3經典金-鋁化合物失效模式111 5.1.4材料轉換的金-鋁介面116 5.1.5擴散抑制劑和阻擋層的作用117 5.2雜質加速金-鋁鍵合失效118 5.2.1鹵素的影響119 5.2.2去除或避免鹵素污染的建議122 5.2.3環氧樹脂非鹵素氣體排出導致的鍵合失效122 5.2.4綠保模塑膠123 5.3非金-鋁鍵合介面123 5.3.1鋁-銅引線鍵合123 5.3.2含銅的鋁鍵合焊盤125 5.3.3銅-金引線鍵合系統126 5.3.4鈀-金和鈀-鋁引線鍵合系統127 5.3.5銀-鋁引線鍵合系統129 5.3.6鋁-鎳引線鍵合系統130 5.3.7金-金、鋁-鋁、金-銀,以及某些不常用的單金屬鍵合系統131 附錄5A焊接不良的金-鋁引線鍵合的快速失效134 附錄5B金-鋁球形鍵合的熱退化136 附錄5C鍵合相關的腐蝕反應139 參考文獻141 第6章鍵合焊盤鍍層技術及可靠性147 6-A鍍金層雜質和狀態導致的鍵合失效147 6-A.1鍍金層147 6-A.2特定的電鍍雜質149 6-A.3鍍膜層中氫氣滲入151 6-A.3.1電阻漂移151 6-A.4金膜層內部/表面金屬雜質引發的失效152 6-A.4.1概述152 6-A.4.2鎳153 6-A.4.3銅154 6-A.4.4鉻155 6-A.4.5鈦155 6-A.4.6錫155 6-A.5鍍金層標準156 6-A.5.1關於可靠鍍金層的建議156 6-A.6自催化化學鍍金157 6-A.7非金鍍層157 參考文獻158 6-B鎳基鍍層160 6-B.1背景介紹160 6-B.2化學鍍工藝161 6-B.2.1鍍鎳工藝163 6-B.2.2鍍鈀工藝164 6-B.2.3鍍金工藝164 6-B.3鍵合焊盤鍍層—引線鍵合工藝窗口與可靠性166 6-B.3.1鎳/金層166 6-B.3.2鎳/鈀/金層169 6-B.3.3鎳/鈀層172 6-B.4等離子體清洗175 6-B.5可直接鍵合的銅層176 參考文獻177 第7章清洗179 7.1引言179 7.1.1分子級清洗方法181 7.1.2紫外線-臭氧清洗182 7.1.3等離子體清洗185 7.1.4等離子體清洗機理187 7.1.5分子級和溶劑清洗方法評估188 7.1.6分子級清洗方法的問題190 7.1.7拋光191 7.2不同鍵合技術對表面污染的敏感性192 附錄7A等離子體清洗造成的電路損傷194 參考文獻195 第8章引線鍵合中的力學問題198 8.1彈坑198 8.1.1引言198 8.1.2鍵合設備特徵及參數設置202 8.1.3鍵合力203 8.1.4鍵合工具引線-焊盤衝擊力204 8.1.5彈坑的成因—材料205 8.1.6金屬間化合物對彈坑的影響207 8.1.7矽結節引發的彈坑209 8.1.8多晶矽形成的彈坑211 8.1.9砷化鎵彈坑211 8.1.10彈坑問題小結214 8.2超聲楔形鍵合點的跟部裂紋214 8.3加速度、振動和衝擊對空腔封裝的影響216 8.3.1引線鍵合可靠性的離心試驗216 8.3.2超聲清洗、運載火箭熱衝擊、振動等對空腔封裝引線鍵合的影響218 8.3.3衝擊和振動對引線鍵合的影響(長引線的問題)220 8.4功率和溫度迴圈對引線鍵合的影響221 附錄8A斷裂韌度225 附錄8B引線鍵合機參數的實驗設計(DOE)225 參考文獻229 第9章引線鍵合技術233 9.1高良率、細節距引線鍵合和特定線弧的技術及問題233 9.1.1現代高良率引線鍵合技術介紹233 9.1.2高良率鍵合的要求(金屬層表面、硬度、清潔度)234 9.1.3鍵合設備及其管控237 9.1.4少數鍵合的可靠性(小樣本量統計)238 9.1.5封裝相關的鍵合良率問題239 9.1.6潛在的良率問題和解決方案239 9.1.7其他影響器件良率的因素241 9.1.8線弧241 9.1.9細節距球形和楔形鍵合243 9.1.10細節距鍵合的可靠性和測試問題246 9.1.11高良率和細節距鍵合的結論248 9.2PCB、撓性板、BGA、MCM、SIP、軟基材器件和高性能系統中的引線鍵合249 9.2.1引言249 9.2.2薄膜介質基板的鍵合249 9.2.3層壓基板的鍵合251 9.2.4增層253 9.2.5聚合物基板的材料性能對引線鍵合的影響254 9.2.6高性能系統封裝中引線鍵合的其他注意事項257 9.2.7典型封裝/板中導體金屬結構的趨膚效應258 9.2.8小結259 9.3溫度/環境中的引線鍵合259 9.3.1引言259 9.3.2高溫環境互連要求260 9.3.3低溫環境互連要求262 9.3.4溫度下的封裝效應262 9.3.5小結263 附錄9A引線鍵合機拱弧263 9A.1引言263 9A.2機器的運動和軌跡264 9A.3線弧形狀264 9A.4預彎曲265 9A.5CSP和BGA線弧266 9A.6堆疊晶片和多晶片封裝266 9A.7瓷嘴形成低線弧267 9A.8瓷嘴形狀及其對拖拽/摩擦的影響267 9A.9引線的作用268 9A.10球形凸點和釘頭凸點269 9A.11剛度-楊氏模量271 參考文獻271 第10章銅/低介電常數(Cu/Lo-k)器件—鍵合和封裝274 10.1引言274 10.2Cu/Lo-k技術275 10.2.1Lo-k電介質277 10.2.2銅鍵合焊盤的表面保護層和可鍵合性鍍層278 10.3積體電路Lo-k材料上銅焊盤的引線鍵合281 10.3.1Lo-k倒裝晶片損傷284 10.4結論284 參考文獻285 第11章引線鍵合工藝建模與模擬287 11.1引言287 11.2假設、材料性能和分析方法288 11.3不同參數的引線鍵合工藝289 11.3.1超聲振幅的影響291 11.3.2超聲頻率的影響293 11.3.3摩擦係數的影響296 11.3.4鍵合焊盤厚度的影響298 11.3.5焊盤結構的影響301 11.3.6鍵合後襯底冷卻溫度建模304 11.3.7小結305 11.4有源區上方鍵合焊盤的引線鍵合與晶圓探針測試的影響比較306 11.4.1探針測試模型306 11.4.2探針測試建模308 11.4.3探針測試與引線鍵合建模309 11.4.4小結310 11.5層壓基板上的引線鍵合310 11.5.1問題定義和材料屬性311 11.5.2模型模擬結果與討論312 11.5.3實驗結果317 11.5.4小結318 參考文獻319
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