随着半导体线宽从90纳米降低到65甚至45纳米，提高输入输出密度成为必需，要提高输入输出密度需要更小键合间距，或者转向倒装芯片技术，铜线连接时一个很好的解决方案，它可以规避应用倒装芯片所增加的成本。以直径为20um的焊丝为例，纯铜线的价格是同样直径的金线的10%左右，并且随着金价的不断上涨，键合铜丝制造技术的不断提高与应用领域的不断扩大，这种键合铜丝取代键合金丝的竞争更加紧迫。除了较低的成本之外，铜线在导电性方面也是优于金丝的。铜线比金线导电性强33%。就机械性能而言，铜丝的强度也大于金丝的强度。铜线形成高稳定线型的能力强过金线，特别是在模压注塑的过程中，当引线收到注塑料的外力作用时，铜线的稳定性强过金线，原因是因为铜材料的机械性能优于金材料的机械性能。正因为如此，所以应用要认真研究铜线键合工艺。
中国本土的大型封装测试企业为以下几个，各有特点：通富微电最直接享受全球产能转移；长电科技在技术上稳步发展、巩固其行业龙头地位，产业规模全球第七；华天科技依托地域优势享受最高毛利率的同时通过投资实现技术的飞跃。
在半导体分立器件行业中，封装成本占了很大比例，而传统球焊材料金丝在其中占了封装成本的较大比例。由于近几年国际金价等原材料价格不断上升，电子产品的小型化发展趋势越来越明显，分立器件产品的引脚数不断增加，电流特性的增大、焊线丝的变多，导致金丝材料在分立器件产品成本中的所占比例越来越大。而铜金属相对金而言，成本只是金价的1/5000，并且从材料特性上来看，铜丝的热传导性和导电性能比金好，可以考虑用铜丝代替金丝。但因为铜线容易被空气中的氧气氧化，易引起接触不良，并且铜硬度较高，只要克服了这些困难就可以大批量的用铜线代替金线，节约大量的成本。
Thesemiconductor industry inthe development process,gradually fine division, and semiconductor packagingindustry has also become a occupy a larger proportion ofsemiconductor products in the industry, how to improve the efficiency and performance, semiconductor packagingcost reduction, is placed in front of all of oursemiconductor industry personnel. Along with the productI/O port number, bonding the semiconductor packagealso occupy a great proportion, adopt new materials in the bonding process, new technology, in order to ensure the product performance and reliability, reduce the cost of the materials, is an industry trend. Instead of the original with gold as the wire, the wire material and technology, with the development of equipment and technology, has become possible, since there are large differences between gold and copper material prices,many companies and researchers have devoted great energy, trying various aspects, after years of research,with the experience accumulation,JCETtechnology has made a great breakthrough in this respect.
全球半导体产业整体成长放缓，产业结构发生调整，产能在区域上重新分配。半导体产业发达地区和不发达地区将会根据自身的优势在半导体产业链中有不同侧重地发展。封装产能转移将持续，外包封装测试行业的增速有望超越全行业。
芯片设计行业的技术壁垒和晶圆制造行业的资金壁垒决定了，在现阶段，封装测试行业将是中国半导体产业发展的重点。
April, 2014
在当今21世纪，半导体产业蓬勃发展，半导体IC和半导体器件已经在各行各业广为使用，从卫星通信、军事产品、信息工业至普通家用产品、小家电，同时伴随着半导体产业和器件的发展，人们的生活愈来愈便捷和智能。
半导体产业在发展的过程中，分工逐渐精细，而半导体封装产业也成为了一个在半导体产品中占据较大比例的产业，如何能够提高半导体封装的效率和性能，降低成本，就摆在了所有半导体产业人员面前。随着产品的I/O口变多，半导体封装中的键合成本也占据着较大比例，在键合中采取新的材料，新的工艺，在保证产品性能和可靠性的前提下，降低材料成本，是产业发展的一个趋势。
论文答辩日期2014年6月7日
答辩委员会主席林明
评阅人
2014年4月22日
分类号：TLeabharlann 606密级：公开学号：103030005
工学硕士学位论文
（工程硕士）
半导体铜线键合工艺研究
学生姓名
汤振凯
指导教师
朱志宇教授
江苏科技大学
二O一四年四月
A Thesis Submitted in Fulfillment of the Requirements
学校代码：10289
分类号：TN606
密级：公开
学号：103030005
江苏科技大学
专业硕士学位论文
（在职攻读专业学位）
半导体铜线键合工艺研究
研究生姓名汤振凯
导师姓名朱志宇
申请学位类别工程硕士
学位授予单位江苏科技大学
学科专业电子与通信工程
论文提交日期2014年4月19日
研究方向半导体元器件的球焊工艺
关键词球焊；焊接工艺；封装；铜线球焊；可靠性
Abstract
Intwenty-firstCentury, the semiconductor industry withdevelopment, ICand semiconductor device has been widely used in all walks of life to carry out, from the satellite communications, military products,informationtechnologyindustry and ordinary household products,small household electrical appliances, accompanied by the development of the semiconductor industry and devices, people's life more and more convenient and intelligent.
键合丝主要应用与晶体管、集成电路等半导体器件和微电子封装的电极部位或芯片与外部引线的连接。铜键合丝由于其较高的电导率，优良的力学性能和热学性能，在很大程度上提高了芯片频率和可靠性，适应了低成本、细间距、高引出端元器件封装的发展，成为替代传统键合丝的最佳材料。早在10年前，就有人试着用铜线代替金丝作为半导体球焊的引线材料，但当时由于工艺有缺陷，对该工艺研究不是非常熟悉，在生产过程中控制不好，引起产品质量有缺陷，并且由于当时对产品的体积、密度要求、电流特性要求不是非常高，球焊间距也相对较大，对铜丝替换金丝的要求不是太迫切。但随着近年来对产品成本、质量、电流密度的要求越来越高，金丝占整个产品比例越来越高，对铜丝成熟替换金丝的迫切需求也越来越明显摆在半导体器件生产厂家的面前。按照2011年世界封装材料市场的统计：2011年全世界封装材料市场的规模达到了228亿美元。而其中键合丝的市场规模大概占整个材料市场的18.9%，仅次于刚性封装基板，位于十一种封装材料的第二位。
随着设备技术的发展，采用铜丝代替原来的金丝作为焊丝，已经成为了可能。由于金和铜的材料价格存在着较大差异，很多公司和研究人员投入了很大精力，进行各方面的尝试，经过多年的研究，长电科技已经在这方面取得了较大的突破。
本文主要研究用铜丝代替传统的金丝材料，采用新的技术和工艺参数，运用DOE试验法，找到了最佳的铜线球焊的工艺参数（主要是球焊功率、球焊压力、球焊时间）窗口，加上设备的改进（原有将焊线高温熔化时加上氢气和氮气保护装置），并将做出来的成品与原来的产品进行性能和可靠性的比较，发现铜线球焊产品的主要电性能参数与原来金线产品的参数分布一致，可靠性能还能避免原有的金铝合金的脆化现象，推进了半导体封装产业和半导体器件的不断发展。
for the Degree of Master of Engineering
Researchof semiconductor copper wirebonding process
Submitted by
Tang Zhenkai
Supervised by
ProfessorZhu Zhiyu
Jiangsu University of Science and Technology
Keywordswire bonding;bondingtechnology; packaging;copper ball bonding,reliability;
第一章
1.1
随着半导体技术和产品的发展，摩尔定律接近失效的边缘。半导体产业链上IC设计、晶圆制造、封装测试各个环节的难度不断加大，技术门槛也越来越高，资本投入越来越大。由单个企业覆盖整个产业链工艺的难度显著加大。半导体产业链向专业化、精细化分工发展是一个必然的大趋势。