大功率IGBT模块封装中的超声引线键合技术.docVIP

大功率 IGBT 模块封装中的超声引线键合技术 覃荣震，张 泉 （株洲南车时代电气股份有限公司，湖南 株洲 4 1 2 0 0 1 ） 摘 要：从超声引线键合的机理入手，对大功率 I GB T 模块引线的材料和键合界面特性进行了分析，探讨了 键合参数对键合强度的影响。最后介绍了几种用于检测键合点强度的方法，利用检测结果对键合参数进行进一步 的调整，以实现引线键合工艺最佳化。 关键词：引线键合；大功率 IGBT；模块封装 中图分类号：TN605；TG453+.9 文献标识码 ：A 文章编号：1671-8410(2011)02-0022-04 Ultrasonic Wire Bonding Technology in High-power IGBT Module Assembly QIN Rong-zhen, ZHANG Quan (Zhuzhou CSR Times Electric Co.,Ltd., Zhuzhou, Hunan 412001,China) Abstract: It introduces the mechanism of ultrasonic wire bonding, analyzes the material properties and the interface characteristics of the bonding for high-power IGBT module, and discusses the effects of bonding parameters on bonding strength. Several detection methods of bonding points’ strength are recommended, the parameters are further adjusted through the test results, so that the optimal wire bonding process of high-power IGBT modules can be achieved. Key words: wire bonding; high-power IGBT; module assembly 技术，如超声引线键合技术掌握不足，缺乏工艺数据积 累，加之国外的技术封锁，因此有必要研究适合于大功 率IGB T 模块封装的超声引线键合工艺，掌握其中的关 键参数及规律，以提高键合质量，降低次品率。 0 引言 引线键合是当前最重要的微电子封装技术之一，目 前90% 以上的芯片均采用这种技术进行封装[1 ]。按照原 理的不同，引线键合可以分为热压键合、超声键合和热 压超声键合3 种方式[2 - 4 ]；根据键合点形状，又可分为球 形键合和楔形键合[5-6]。在功率器件及模块中，最常见的 功率互连方法是引线键合法，大功率IG BT 模块采用了 超声引线键合法对IGBT 芯片及FRD 芯片进行互连。由 于需要承载大电流，故采用楔形劈刀将粗铝线键合到芯 片表面或衬板表面，这种方法也称超声楔键合。 国内目前还没有完全掌握大功率IG BT 技术，相应 的模块封装工艺技术研究也相对落后，对其中的关键 1 超声键合原理 超声键合系统主要由超声发生器、压电换能器、变 幅杆及键合工具等组成（图1）[7 ]。其工作原理为：压电 陶瓷（P ZT ）将超声发生电路产生的正弦功率信号转换 成机械振动能，振动经传输、放大并汇聚后作用在键合 工作界面上，在机械能和键合力的共同作用下，在常温 下利用超声机械振动带动将穿过劈刀的铝线与膜进行 摩擦，使氧化膜破碎，纯净的金属表面相互接触，通过 摩擦产生的热量使金属之间发生扩散，从而将铝丝引  焊（ultrasonic wedge bonding）技术，在IGBT/FRED 芯片 表面顶部的Al 金属化面与陶瓷衬底的Ni 金属化面之间 粘附大量的Al 线。 图 1 超声引线键合系统结构 Fig. 1 Structure of ultrasonic wire bonding system 超声引线键合的过程如图2 所示。引线键合机自动 有哪些信誉好的足球投注网站到第一点的位置，对第一点进行键合，形成第一焊 点；然后拉弧线形成线弧，再自动有哪些信誉好的足球投注网站第二点的位置， 对第二点进行键合，形成第二焊点；此时如果还需拉弧 线，则重复上述动作，否则进行切线，完成一根线的键 合[6 ]。 图 3 大功率 IGBT 引线键合工艺所涉及的界面 Fig. 3 The relevant interfaces of high power IGBT wire bonding process 大功率IG BT 模块所用的衬板表面为Ni 金属化面， 常见的镀Ni 方式有电镀和化学镀