影像分析解決方案

銅線IMC覆蓋率分析系統

The Inter-Metallic Compounds Coverage Analysis of Wire Bond Package Reliability for Ball Bonding on Pads

應用介紹

INTRODUCTION

半導體封裝其內部接合方式，可分為打線接合(Wire Bonding, 又名銲線接合或引線鍵合)、捲帶式自動接合(Tape Automated Bonding, TAB)與覆晶接合(Flip Chip Die Bond)。其中，打線接合(Wire Bonding)，是利用線徑 15-50 微米的金屬線材，將線材銲接在晶片(Chip)的鋁墊(Pad)與封裝基板的導腳(Finger)或其他電子元件的銲點上，做為晶片電性訊號與外部連接傳遞之橋樑，由於製程發展時間較長，相關設備與技術已趨於穩定成熟、成本低、佈線彈性高，是半導體應用最廣泛使用的積體電路封裝接合技術，在封裝製程中仍佔有很重要的應用地位。

打線接合(Wire Bonding)所使用之金屬材料主要有金線、銀線、銅線、鋁線等，其中鋁線、銅線主要用於中低階電路，貴金屬線在中高階產品之佔有率則超過80%。在過去幾年銲線所使用之金屬材料一直以金線為主流，由於「金」具備穩定性高、質軟、延展性佳等物理特性，被用於積體電路封裝之打線接合時，其良率、生產效率及線徑微細化等表現，皆相當不錯。然而近年來黃金價格一路上漲，使半導體封裝業者與IC設計業者在成本效益考量下，轉而積極投入「銅」打線技術的研發，逐漸以銅線取代金線，除了銅線的價格比金線低廉，銅線也具有優異的導電性、導熱性與高延展及斷裂強度，接合的阻抗也比金線小，在相同線徑的條件下，可以承載比金線更大的電流量，散熱速度也高於金線，可提高元件的冷卻效率，是具有發展性的金線替代材料。

IMC Coverage on Ball Side and Pad Side — 打線接合製程與 IMC 介金屬生成示意圖

對於銅線銲接製程來說，緊密的銅-鋁接觸是產生良好介面金屬共化物(Inter-Metallic Compound, IMC，又稱介金屬、金屬化合物、金屬互化物)的重要條件，它可以提供晶片與外部接點鍵合成穩定且堅固的導電通路；反之，IMC覆蓋面積或IMC覆蓋率(IMC Coverage)不佳，或者鋁擠出過大，也有可能造成水氣由此間隙侵入，導致IMC Crack的現象發生，嚴重的話會可能發生銅球脫落問題，進而影響產品良率。介面金屬化合物(Inter-Metallic Compound, IMC)是兩種以上金屬元素以「固定比例」所形成的化合物，是一種「化學反應」後的結果，屬於純物質，不是合金(Alloy)也不是純金屬，但也有人把IMC歸類為合金(Alloy)的一種。

IMC Coverage Illustration — IMC 覆蓋率與影像分析取樣示意圖

銅線IMC覆蓋率分析系統應用於打線接合(Wire Bonding)製程，不論是光學顯微鏡(Optical Microscope, OM)或掃瞄式電子式顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM)取像之IMC照片，即Ball Side IMC與Pad Side IMC，皆提供完整的IMC Coverage自動化分析解決方案，亦可依照分析需求設定銲線線寬、銲嘴直徑或鋁擠型輪廓做為分析選取範圍，準確的量化分析出介金屬覆蓋率(IMC Coverage)、介金屬覆蓋面積(IMC Coverage Area)及介金屬長度(IMC X/Y Length)等品質管制數據，也可直接量測鋁擠出X和Y方向的長度，軟體操作簡單，只需幾個簡單的操作步驟，即可快速選取IMC共金材料的面積，同時導出IMC共金與Non-IMC非共金之面積百分比，分析完成後還可依需求匯出Excel分析報告或上拋分析結果至資料庫，絕對是封裝打線製程品質量化分析的最佳利器，亦是驗證產品可靠度與調整製程參數的必備工具。