铜丝球键合是一种有望取代现行金丝球键合工艺的新技术,这一技术对于降低微电子元器件的成本、提高元器件的可靠性具有重要意义。本文在对铜丝球键合工艺和原理研究的基础上,着重分析了老化过程中铜丝球与铝合金焊盘键合的金属间化合物生长及可靠性。金丝球键合作为对比研究对象引入本文研究范围。本文首先对比分析了铜丝球键合和金丝球键合的全过程,采用实验设计分别对烧球工艺参数和键合工艺参数进行了优化。在此优化参数下,获得了连接良好的铜丝球键合点和金丝球键合点。键合试验发现:键合点的形成始于键合点周边,然后是键合点中心区域,最后完成整个界面的连接。本文建立了基于摩擦学的模型对此进行了解释。为了对比铜丝球键合点与金丝球键合点服役过程中的可靠性,本文采用了老化试验。通过扫描电子显微镜、X射线能谱和微区X射线衍射等手段分析键合点界面微观组织演变,建立了老化条件下金属间化合物生长动力学模型。研究结果表明:金属间化合物厚度与老化时间的关系符合抛物线法则,金属间化合物的生长对老化温度比老化时间更加敏感;Cu-Al金属间化合物生长的激活能为97.1kJ/mol,老化后金属间化合物呈层状分布,主要相为CuAl2和Cu9Al4;Au-Al金属间化合物生长的激活能为40.1kJ/mol,主要相为Au4Al和Au5Al2,同时在界面周边区域生成了Au2Al和AuAl;老化过程中Cu-Al金属间化合物生长速率比Au-Al金属间化合物生长速率小103数量级;金丝球键合点200℃老化96小时出现了明显的Kirkendall空洞和裂纹,但铜丝球键合点200℃老化2900小时和250℃老化169小时都没有形成空洞和裂纹。本文还分析了金属间化合物生长速率差异的本质因素。对200℃老化键合点进行剪切试验和拉伸试验,给出了其力学性能与老化时间的变化规律,分析了键合点失效的各种模式和机理,对两种键合点进行比较认为:铜丝球键合点具有比金丝球键合点更稳定的剪切断裂载荷,并且在老化一定时间内铜丝球键合点表现出更好的力学性能;铜丝球键合点和金丝球键合点在老化过程中失效模式不同。