·学术探讨·

基于ANSYS的Au-Al引线键合热可靠性研究

成磊

（晋城职业技术学院，山西晋城048026）

摘要：采用ANSYS有限元分析软件建立Au-Al引线键合模型考察键合区在热循环加载下的应力应变情况；并

采用Coffin-Manson方程计算了在热循环加载下焊点的疲劳寿命。结果表明：随着热加载循环次数的增加，模型的应力应变将增大；施加约束后，模型的应力将减小，引线键合的寿命延长。此方法可以比较各种不同情形下Au-Al引线键合热可靠性。

关键词：引线键合；热可靠性；有限元；热疲劳寿命

中图分类号：TN406文献标识码：A文章编号：1674-5078（2011）02-0039-05DOI：10.3969/j.issn.1674-5078.2011.02.013

一、引言

瓷五种材料具有各向同性，且材料均匀，并且材料在微电子封装中，半导体器件的失效约有1/的特性参数使用各层的主体材料的特性参数。具4-1/3是由芯片互连引起的，故芯片互连对器件体参数见表2。

长期使用的可靠性影响很大。Al至今仍是IC布线和焊区难以替代的金属材料，而焊接材料除铝丝超声焊外，更多的仍是金丝球焊，这是由金的优良性能和可自动化操作决定的，所以Au-Al

接触仍不可避免。［1］

Au-Al引线键合很容易产生金-铝金属间化合物并形成柯肯达尔空隙，并且这种结构在长期使用或遇高温后，在Au-Al压焊处会出现压焊强度降低以及接触电阻变大等情况，最终导致器件在此开路或器件的电性能退图1叠层芯片截面示意图

化。

［2］［3］

因此，研究Au-Al引线键合在热循环加载下的热可靠性显得十分必要。本文对某叠层芯表1模型组件材料及结构参数

片在热循环加载条件下的应力应变进行有限元

分析，并根据Coffin-Manson方程来计算焊点的模型组件材料尺寸(mm)热疲劳寿命，以期对实际生产中引线键合工艺给基板陶瓷8

×8

×0.2予一定的指导。

填充层1环氧树脂

5×5×0.05二、研究对象芯片1硅5×5×0.1本文以某叠层芯片为研究对象，图1是此模型的截面示意图。芯片通过金丝将芯片和陶瓷基填充层2环氧树脂

3×3×0.05板结合起来，其模型组件材料及结构参数如表1芯片2硅3×3×0.1所示。

芯片上焊盘铝Φ=0.1;间距:0.15三、有限元分析

基板上的焊盘

铝0.035x0.050x0.01（一）材料属性

引线

金

Φ=25.4e-3

假设叠层芯片结构中，Au、Al、Si、环氧树脂、陶

收稿日期：2010-10-28

作者简介：成磊（1980-），男，山西晋城人，工学硕士。主要研究方向为机电一体化。

职业技术学院学报二○一一年第四卷第二期︵总第十六期︶