Befestigbarkeit und Zuverlässigkeit von palladiumbeschichtetem Kupferdraht

Elektronik Halbleiter Fügen und Verkapselung

2024/07/09

Halbleiter Digest, April/Mai 2024

DODGIE CALPITO TANAKA Kikinzoku International (America), Inc.
TAKESHI KUWAHARA, YUKI ANTOKU TANAKA ELECTRONICS Co., Ltd. (Japan)

Hochzuverlässiger CHR PCC-Draht enthält einzigartige Verunreinigungen, die die ursprüngliche Pd-Beschichtung auf der Balloberfläche hinterlassen.
Pd auf der Ballbondoberfläche auf Al-Pads verhindert Korrosion und Bindungsfehler, indem es Cu9Al4 und ternäre intermetallische Verbindungen bildet.

Kupfer (Cu) ist das am häufigsten vorkommende Metall nach Silber.

Kupfer ist als Metall mit hoher Leitfähigkeit bekannt und eignet sich ideal als Bond-Draht für Halbleiterverbindungen. Allerdings ist Kupfer sehr anfällig für Oxidation und kann leicht von reaktiven Halogenen wie Chlor korrodieren. Chlor (Cl) kann in unkontrollierten Umgebungen und in elektronischen Formmassen, die zur Abdichtung von Halbleitern verwendet werden, vorkommen. Aus diesem Grund wurden palladiumbeschichtete Kupfer-Bond-Draht (PCC) entwickelt, und dies ist der am weitesten verbreitete Bond-Draht, der anstelle von teurem Gold für feine Drähte mit einem Durchmesser von weniger als 50 Mikrometern verwendet wird.

Ultraschall-Thermokompressions-Drahtbonding ist die am häufigsten verwendete Form der Verbindung für Halbleitergeräte. Dies erfordert die Bildung einer geschmolzenen Freiluftkugel (FAB) am Ende des Drahtes, die dann mit Ultraschall auf das Halbleiter-Bonding-Pad thermokomprimiert wird, um die erste Verbindung zu bilden.
Allerdings ist bei der Verwendung von PCC-Draht oft ein Schutzgas erforderlich, um die Oxidation von Cu zu verhindern, das häufig exponiert wird. Die Exposition von Cu tritt auf, weil der Unterschied in der Oberflächenspannung zwischen den Intermetallischen die Pd-Beschichtung dazu bringt, in die FAB zu fließen (für mehr zu diesem Phänomen siehe den Artikel "TANAKA – Weintränen und palladiumbeschichteter Kupferdraht – Marangoni-Effekt" – siehe S. 33-34 der Märzausgabe von Semiconductor Digest).

Im vergangenen Jahr hat TANAKA mit der Herstellung einer neuen Serie von hochzuverlässigen PCC-Draht begonnen, die den Pd-Fluss verhindern und die Cu-Beschichtung selbst während der Bildung von Fabs aufrechterhalten.

Dieser Artikel vergleicht herkömmlichen Draht und hochzuverlässigen PCC-Draht aus der Perspektive der Bindefähigkeit und Zuverlässigkeit.

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