复合金属薄膜层对金丝键合性能的影响

doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.06.08

真空 ›› 2021, Vol. 58 ›› Issue (6): 43-47.doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2021.06.08

复合金属薄膜层对金丝键合性能的影响

杨曌^1,2,3, 罗俊尧^1,2, 李保昌^1,2, 李淑华^1,2, 沓世我^1,2, 付振晓^1,2, 宁洪龙³

1.广东风华高新科技股份有限公司,广东肇庆 526020;
2.新型电子元器件关键材料与工艺国家重点实验室,广东肇庆 526020;
3.华南理工大学材料科学与工程学院,广东广州 510641

收稿日期:2020-10-20 出版日期:2021-11-25 发布日期:2021-11-30
通讯作者: 付振晓,教授级高工;宁洪龙,研究员,博导。
作者简介:杨曌（1985-）,女,云南省昆明市人,博士。

Effect of Metallic Multilayer Films on Gold Wire Bonding Properties

YANG Zhao^1,2,3, LUO Jun-yao^1,2, LI Bao-chang^1,2, LI Shu-hua^1,2, TA Shi-wo^1,2, FU Zhen-xiao^1,2, NING Hong-long³

1. Guangdong Fenghua Advanced Technology Holding Co., Ltd., Zhaoqing 526020, China;
2. State Key Laboratory of Advanced Material and Electronic Components, Zhaoqing 526020, China;
3. School of Materials Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China

Received:2020-10-20 Online:2021-11-25 Published:2021-11-30

摘要/Abstract

摘要： 采用磁控溅射在96氧化铝陶瓷基板上制备了TiW/Ni/Au和Ti/Ni/Au结构的键合薄膜层,通过调节溅射时长对金层厚度进行控制,模拟光通讯模块中金丝键合工艺并对薄膜进行了键合性能评估。结果表明,Ti/Ni/Au结构具有更加良好的键合效果。键合推拉力的大小随着金层厚度的增加而变化。在≤2μm厚度范围内,拉力随金层厚度的增加出现波动,保持在7.5gf±3%（1gf=9.81×10^-3N）;推力则随着膜厚的增加先增大后减小,继而保持波动,当厚度为930nm时,推力最大,为78.68gf,厚度大于1μm后,拉力保持在72.03gf±1.8%。数据统计分析结果显示,推拉力的离散程度均随着金层厚度的增加出现先降低后升高的趋势。金丝键合性能与基体上复合金属薄膜层的结构、厚度均存在密切关系,金层厚度过小不易于金丝紧密结合,而厚度增加到一定程度后则降低了与现有键合工艺的匹配。由此可见,在小于2μm范围内通过减小金层厚度可以在保证键合质量的同时有效节约成本。

关键词: 键合薄膜, 金丝键合, 磁控溅射, 光通讯

Abstract: Multilayer films with different structures(TiW/Ni/Au & Ti/Ni/Au) and thicknesses were deposited on ceramic substrates (96Al₂O₃) by magnetron sputtering. The gold film thickness was controlled by adjusting the sputtering time. The multilayer films were used to simulate the gold wire bonding in optical communication modules, and their bonding performance were evaluated. The results show that Ti/Ni/Au structure has better bonded effect than that of the TiW/Ni/Au. In the experiment of gold wire bonding with different thickness, the magnitude of pull and thrust strength changes with the increase of gold layer thickness. The pull strength is kept in 7.5gf±3% when the thickness is less than 2μm(1gf=9.81× 10^-3N）. When the thickness of the gold film is 930 nm, the thrust strength is the maximum(78.68gf), and it decreases with the increase of the thickness. Then, the thrust strength is kept in 72.03gf±1.8%. The results of statistical analysis show that the dispersion degree of push and thrust strength decreases first and then increases with the increase of thickness. Therefore, there is a certain relationship between the bonding properties and the structure and thickness of the bonding film layer. The results show that the thickness is too thin to bond with the gold wire, while the thicker film reduces the matching with the bonding process. This indicates that the bonding quality can be controlled and the cost can be saved by reducing the thickness of the gold layer.

Key words: multilayer films, gold wire bonding, magnetron sputtering, optical-communication

中图分类号:

O484.1

杨曌, 罗俊尧, 李保昌, 李淑华, 沓世我, 付振晓, 宁洪龙. 复合金属薄膜层对金丝键合性能的影响[J]. 真空, 2021, 58(6): 43-47.

YANG Zhao, LUO Jun-yao, LI Bao-chang, LI Shu-hua, TA Shi-wo, FU Zhen-xiao, NING Hong-long. Effect of Metallic Multilayer Films on Gold Wire Bonding Properties[J]. VACUUM, 2021, 58(6): 43-47.

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