铜基键合丝氧化行为及其对超声键合性能的影响
摘要
铜基键合丝是微电子封装行业重要的基础材料，环境氧化常诱发键合丝封装接头
连接失效，制约电子产品的可靠性。本研究针对烟台一诺电子材料有限公司三种铜基
键合丝YC2（20微米纯铜线）、YC3（20微米合金铜线）、YCP（20微米镀钯铜线）
应用过程出现的性能波动问题，通过环境温度变量实验方法，开展微米级铜基键合丝
氧化行为与键合性能相关性研究，探求氧化温度、材料特性、烧球过程等因素对键合
能力及性能的影响规律，确定氧化状态对键合丝成球能力、键合能力的影响，探讨通
过工艺优化改善键合性能的可行性，提出氧化键合丝的键合工艺建议，进而为企业品
控管理和产品使用规范建设提供借鉴。全文研究内容和研究结果如下：
（1）环境氧化不同程度降低YC2、YC3、YCP的导电性能，电阻增长率可以用来
评定键合丝的可键合能力。在可键合氧化周期内，环境温度对电阻增长率具有显著影响，
三种铜基键合丝电阻随温度的增长速率为：0.618mΩ/min?m、1.092mΩ/min?m、1.5428
mΩ/min?m，当每米YC2、YC3、YCP电阻增幅分别达到3.51%、2.40%、0.80%时，氧
化键合丝不能再进行有效键合。
（2）合金成分不同程度影响20μm级线径氧化YC2、YC3、YCP的力学性能。试
验周期内，100℃环境氧化YC2、YC3、YCP破断力下降速率依次为：0.0126gf/min?m、
0.0168gf/min?m、0.1630gf/day?m；150℃环境氧化YC2、YC3、YCP破断力下降速率依
次为：0.0123gf/min?m、0.0445gf/min?m、0.0103gf/min?m；200℃环境氧化YC2、YC3、
YCP破断力下降速率依次为：0.0449gf/min?m、0.1570gf/min?m、0.0172gf/min?m。研
究结果表明非镀层键合丝具有较高的抗拉强度-温度敏感性，抗氧化镀层可以在短期内
保持键合丝的力学性能。
（3）环境温度氧化降低非镀层键合丝YC2、YC3的成球质量及键合能力，镀钯层
可以有效提升YCP的键合能力。环境氧化对丝材键合能力的影响主要表现为氧化膜诱
发成球偏心、键合强度及界面接合性能下降；氧化影响YCP的FAB（空气自由球）硬
度，造成过度键合现象。
（4）优化键合工艺能够有效提升长时氧化键合丝的可键合能力及接头键合强度。
通过优化超声电流、压焊电流、压焊压力、键合温度、保护气流量等参数，可以改善线
材表面氧化导致的成球FAB偏心问题，降低表面氧化引起的键合损伤；确定调控键合
参数-氧化状态-键合能力间的内在关系，在可调控参数区间内通过增大键合参数来适配
哈尔滨工程大学专业学位硕士学位论文
氧化键合丝的键合性能要求。
关键词：铜基键合丝；超声键合；环境氧化；键合性能；工艺优化
铜基键合丝氧化行为及其对超声键合性能的影响
Abstract
Copper-basedbondingwires,animportantbasicmaterialinthemicroelectronicpackaging
industry,failtobepackagedafterbeingoxidizedbytheenvironment,andthereliabilitywill
alsodecrease.ThispapermainlystudiestheperformancefluctuationofYC2（20μmpure
copperbondingwire）,YC3（20μmalloycopperbondingwire）andYCP（20μmpalladium-
platedcopperbondingwire）bondingwire