技術幹貨| 車規驗證對銅線的可靠性要求

    在集成電路封裝行業中，引線鍵合工藝的應用産(chǎn)品超過90%。引線鍵合是指在一定的環境下，採(cǎi)用超聲加壓的方式，将引線兩端分别焊接在芯片焊盤上和引線框架上，從而實現芯片内部電路與外部電路的連接。引線鍵合工藝發展至今，主要的引線材料有金線、鋁線、銅線等。在MCU、DSP等芯片中，傳統鍵合工藝仍以金線爲主，但已出現銅線鍵合工藝的替代趨勢。主要原因有：

        （1）銅線鍵(jiàn)合球剪切力比金線高15%～25%，拉力值比金線高10%～20%，且在塑封注塑時具有良好的抗沖(chōng)彎性；

        （2）銅線相較於(yú)金線而言，導(dǎo)電率和導(dǎo)熱性都優於(yú)金線；

        （3）銅線的成本優勢(shì)遠超金線，成本僅(jǐn)爲金線的1/10。

盡管銅線在很多方面都優於(yú)金線，但銅線鍵合在以往的産(chǎn)品應用中，可靠性的表現卻顯得差強人意。據統計，銅線鍵合應用中的失效主要形式爲鍵合線和基體分離、腐蝕、IMC過度生長等。引起失效的主要有以下因素：

        （1）銅(tóng)線(xiàn)比金線(xiàn)更容易氧化；

        （2）銅線硬度大，超聲能量或鍵(jiàn)合力難以控制，工藝窗口較(jiào)窄；

        （3）銅線耐腐蝕性差，對(duì)塑封材料要求高於(yú)金線。

        随著(zhe)引線封裝技術的發展，銅線鍵合能夠滿足芯片的多引腳、密間距、小鍵合的發展要求，進而實現功能更加複雜、功耗更低、價格更便宜的市場化需求。在汽車上使用銅線鍵合工藝的芯片産品也逐年提升。而針對該類型産品的可靠性問題，AEC組織也制定瞭(le)相關測試标準，即AEC-Q006 （Qualification Requirements for Components using Copper (Cu) Wire Interconnections）。

        鍵合線作爲連接封裝與晶片的重要材料，若採(cǎi)用的鍵合線爲銅線，需要特别關注矽片與封裝相互影響方面（CPI）的試驗。以IC的車規驗證爲例，以往隻需要依據AEC-Q100标準開展測試，而對於(yú)銅線鍵合IC，則必須考慮AEC-Q006的額外要求，即進行AEC-Q100 Group A項目的加嚴測試
，重點考察晶片與封裝的可靠性，主要包括封裝材料之間的熱膨脹匹配性、濕氣對封裝連接材料的腐蝕、高溫對鍵合線連接處的IMC生長等，相關試驗流程如圖1所示：

圖1：銅線AEC-Q100環(huán)境試(shì)驗流程圖

        ②涉及到兩次應力（stress 2×）測(cè)試的試驗主要是TC、HAST/THB、PTC、HTSL，其中TC和HAST/THB主要是針對銅線的工藝窗口較窄，且銅線的耐腐蝕性較差展開考察。另外，标準針對這兩項試驗也給出瞭(le)相應試驗優化流程。第一次應力試驗後鍵合線力學性能和截面觀察測(cè)試可以放到第二次應力後再執行。

        ③對於(yú)PTC試驗來說，無需進行鍵合線力學性能和截面觀察的測(cè)試，主要的原因是：在AEC-Q的可靠性模型中，PTC這個試驗主要傾向於(yú)考察焊點疲勞和die attach這個兩個方面的可靠性。

        ④HTSL試驗主要考察鍵合線的IMC生長(zhǎng)，該測(cè)試在兩次應力試驗後均需進行鍵合點剖面切片觀察；另外影響IMC的生長(zhǎng)的因素主要可以分爲溫度和塑封料氯離子含量等兩大要素，因此執行該項試驗需要盡可能不要選擇超過150°C的測(cè)試溫度作爲測(cè)試條件。

        [1] AEC - Q006 Rev - A: Qualification Requirements for Components using Copper (Cu) Wire Interconnects

        [2] AEC - Q100 Rev - H: Failure Mechanism Based Stress Test Qualification For Integrated Circuits

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