引线键合的失效机理及分析
引线键合技术发展及失效分析-企业版-2012-5
引线键合技术发展及键合实效机理分析（孙伟沈阳中光电子有限公司辽宁沈阳）备注：键合资料整理与技术应用参考制定时间2012 年5月12日摘要：引线键合以工艺简单、成本低廉、适合多种封装形式而在连接方式中占主导地位。
对引线键合工艺、材料、设备和超声引线键合机理的研究进展进行了论述与分析，列出了主要的键合工艺参数和优化方法，球键合和楔键合是引线键合的两种基本形式，热压超声波键合工艺因其加热温度低，键合强度高、有利于器件可靠性等优势而取代热压键合和超声波键合成为键合方法的主流，提出了该技术的发展趋势，劈刀设计、键合材料和键合设备的有效集成是获得引线键合完整解决方案的关键。
关键词：引线键合；球键合；楔键合；超声波键合；集成电路Progress on Technology of Wire BondingAbstract：Wire Bonding holds the leading position of connection ways because of its simple technique，low cost and variety for different packing forms. Discuss and analyz the research progress of wire bonding process,materials,devices and mechanism of ultrasonic wire bonding.The main process parameters and optimization methods were listed. Ball bonding and Wedge bonding are the two fundamental forms of wire bonding.Ultrasonic/thermosinic bonding became the main trend instead of ultrasonic bonding and themosonic bonding because of its low mentioned. The integration of capillaries design, bonding materials and bonding devices is the key of integrated solution of wire bonding.Key words: Wire bonding;Ball bonding;Wedge bonding;Ultrasonic wire bonding;IC随着集成电路的发展，先进封装技术不断发展变化以适应各种半导体新工艺和新材料的要求和挑战。
金丝引线键合失效的主要因素分析
收稿日期:2021-02-22金丝引线键合失效的主要因素分析常亮，孙彬，徐品烈，赵玉民，张彩山(中国电子科技集团公司第四十五研究所,北京100176)摘要:通过对金丝引线键合工艺失效模式的研究,分析影响金丝引线键合失效的各种因素,并提出相应的解决措施。
为金丝引线键合的实际操作和理论学习提供技术指导,从而更好的降低键合器件的失效率、提高键合产品的成品率和键合效率。
关键词:引线键合;键合失效;球键合;楔形键合中图分类号:TN305.96文献标志码:B文章编号:1004-4507(2021)02-0023-06Analysis on Main Factors of Gold Wire Bonding FailureCHANG Liang ，SUN Bin ，XU Pinlie ，ZHAO Yumin ，ZHANG Caishan(The 45th Research Institute of CETC ，Beijing 100176，China )Abstract:By studying the failure mode of gold wire bonding process ，this paper analyzes various factors affecting the failure of gold wire bonding ，and puts forward corresponding solutions.To provide technical guidance for the practical operation and theoretical study of gold wire bonding ，so as to better reduce the failure rate of bonding devices and improve the yield of bonding products.Key words:Wire bonding ；Bonding failure ；Ball bonding ；Wedge bonding引线键合（Wire Bonding ）是半导体封装中重要的工艺技术之一，目的是将金属引线的两端分别与芯片和管脚焊接从而形成电气连接。
微波电路引线键合质量的影响因素分析_胡蓉
微波电路引线键合质量的影响因素分析胡蓉,徐榕青,李悦(西南电子设备研究所,四川 成都 610036)摘 要:在一级封装的三种实现电气连接的互连方法中,内引线键合是一种传统的最成熟的技术。
其工艺主要分为球焊与楔焊,其中后者由于焊点较小,适用于微波混合电路的组装。
从工艺的角度出发,明确了除引线键合参数(超声频率和功率、温度、压力、时间)的设置以外,键合表面与界面的问题对引线键合的质量影响极大,并分别从键合材料的选用、键合表面的状态、键合工具的选型等三方面进行论述。
同时结合实际工作,对常见的键合问题与原因分析以及引线键合质量评估的方法进行了说明。
关键词:引线键合;楔;键合参数;表面与界面;拉力测试中图分类号:T N 454 文献标识码:A 文章编号:1001-3474(2009)02-0092-04E f f e c tF a c t o r s A n a l y s i s o f Wi r e B o n d i n gQ u a l i t y o nMi c r o w a v e C i r c u i tH UR o n g ,X UR o n g -q i n g ,L I Y u e(S o u t h -w e s t I n s t i t u t e o f E l e c t r o n i c E q u i p m e n t ,C h e n g d u 610036,C h i n a )A b s t r a c t :W i r e b o n d i n g i s a t r a d i t i o n a l m e t h o d a n d t h e m o s t m a t u r e t e c h n o l o g y o f t h e t h r e e i n t e r c o n -n e c t i o n m e t h o d s i n t h e m i c r o e l e c t r o n i c a s s e m b l i e s .I t s t w o t y p e s o f m a i n w e l d i n g t e c h n o l o g y a r e b a l l b o n d a n d w e d g e b o n d ,a n d t h e l a t t e r f o r h y b r i d m i c r o w a v e c i r c u i t a s s e m b l y d u e t o t h e s m a l l e r s p o t .F r o m t h et e c h n o l o g y p o i n t o f v i e wi s s u i t a b l e ,t h e b o n d i n g s u r f a c e a n d i n t e r f a c e p r o b l e m s f o r w i r e b o n d i n g a r e b e -l i e v e d t h a t h a v e g r e a t l y i n f l u e n c e o nt h e q u a l i t y ,e x c e p t t h e s e t t i n g s o f b o n d i n g p a r a m e t e r s (u l t r a s o n i c f r e q u e n c y a n d p o w e r ,t e m p e r a t u r e ,p r e s s u r e ,t i m e a n ds o o n ).T h e c h o i c e o f b o n d i n g m a t e r i a l s ,t h e s u r -f a c e s o f t h e b o n d i n g ,t h e s e l e c t i o n o f b o n d i n g t o o l s a n d s o o n a r e d i s c u s s e d .T h e n t h e r e a s o n f o r t h e c o m -m o n b o n d i n g p r o b l e m s a r e a n a l y s e d i n t h e a c t u a l w o r k a n d t h e a s s e s s m e n t m e t h o d s f o r t h e q u a l i t y o f w i r e b o n d i n g a r e p r e s e n t e d .K e y w o r d s :W i r e b o n d i n g ;W e d g e s ;B o n d i n g p a r a m e t e r s ;S u r f a c e a n d I n t e r f a c e ;P u l l t e s tD o c u m e n t C o d e :A A r t i c l e I D :1001-3474(2009)02-0092-04 几乎所有的电子元器件和集成电路,都只有通过互连(欧姆接触型互连),才能正常地发挥其作用与功能。
金丝焊接（引线键合）机器的故障判断与排除
金丝焊接(引线键合）机器的故障判断与排除一、机器的维护保养：1．紧固劈刀时，不可用力太大，否则，易使换能器或劈刀螺丝滑牙；2．经常清洗劈刀，以保证可焊性（一次/周）；3．经常清洗过丝通道，以保证过丝顺畅和金丝的洁净（一次/2K）；4．经常清洗打火针尖端，以保证成球可靠一致（一次/2K）；5．经常清洗焊头触点，以保证焊头动作正常（一次/周）；6．定期对活动的导轨、滑轮、蜗轮、滚珠和轴承等进行注油保养（一次/1~2周，切忌过量造成污染）；7．定期清理工作台面上的残余金丝，以免其进入主机内部造成电路短路或造成丝杆堵塞（一次/班）；8．定期检查线夹的间隙和张力是否变化（一次/周）。
二、机器的焊接调整：1．超声波调节：调节旋钮见左面板。
根据所需焊点的大小调节时间、功率。
同样大小的焊点的情况下，时间长、功率小的焊点效果比时间短、功率大时焊点的效果好，功率过大会损伤芯片。
2．压力调节：调节旋钮见右面板。
一般在0.8~1.6N（第3格~第7格），压力大，则需要的超声波功率小，反之则大。
压力太大，易焊烂，压力太小，则不易焊上。
3．温度调节：调节旋钮见右面板。
将状态开关拔至“预置”位置，调节温度调节旋钮，显示器上显示的值即是设定的温度值，然后，将状态开关拔至“工作”位置，当温度升到设定的温度时，自动恒定下来。
“暂停”状态只显示工作台实际温度值，不加热（注：在“预置”状态也不加热）。
4．尾丝调节：将“尾丝/过片/锁定”开关拔至“尾丝”位置，待到完成二焊，焊头上升到尾丝位置时，焊头自动停止，此时调节限位螺钉即可调至所需尾丝长度值“L”。
调好后，将开关拔回“过片”位置，则焊头自动回到初始位置，并烧球。
若20秒内未调好，焊头也会自动复位。
注意：尾丝长度不能调至零。
即限位螺钉不能紧逼换能器座，否则劈刀不能上下活动，焊头检测不到焊点位置，使机器动作异常。
5．打火调节：调节旋钮见右面板。
根据所需金球的大小调节时间、电流。
金球同样大小的情况下，时间长、电流小的金球比时间短、电流大的金球球度好，且表面细腻。
键合技术 引线键合的失效机理
引线键合的失效机理目录1、引线键合---------------------------------------------------3 1.1常用的焊线方法-------------------------------------------31.1.1热压键合法--------------------------------------------31.1.2超声键合法--------------------------------------------31.1.3热超声键合法------------------------------------------31.1.4三种各种引线键合工艺优缺点比较------------------------41.2引线键合工艺过程-----------------------------------------42、键合工艺差错造成的失----------------------------------------62.1焊盘出坑------------------------------------------------7 2.2尾丝不一致----------------------------------------------72.3键合剥离------------------------------------------------72.4引线弯曲疲劳--------------------------------------------72.5键合点和焊盘腐蚀----------------------------------------72.6引线框架腐蚀--------------------------------------------82.7金属迁移------------------------------------------------82.8振动疲劳------------------------------------------------83、内引线断裂和脱键--------------------------------------------84、金属间化合物使Au—Al系统失效-------------------------------9 4.1 Au—Al 系统中互扩散及金属间化合物的形成-----------------9 4.2杂质对Au—Al系统的影响----------------------------------94.3改善方法------------------------------------------------105、热循环使引线疲劳而失效-------------------------------------10 5.1热循环峰值温度对金相组织的影响--------------------------10 5.2热循环峰值温度对冲击功的影响----------------------------105.3引线疲劳------------------------------------------------116、键合应力过大造成的失效-------------------------------------11 参考文献-------------------------------------------------------121、引线键合引线键合是芯片和外部封装体之间互连最常见和最有效的连接工艺。
键合技术 引线键合的失效机理
引线键合的失效机理目录1、引线键合---------------------------------------------------3 1.1常用的焊线方法-------------------------------------------31.1.1热压键合法--------------------------------------------31.1.2超声键合法--------------------------------------------31.1.3热超声键合法------------------------------------------31.1.4三种各种引线键合工艺优缺点比较------------------------41.2引线键合工艺过程-----------------------------------------42、键合工艺差错造成的失----------------------------------------62.1焊盘出坑------------------------------------------------7 2.2尾丝不一致----------------------------------------------72.3键合剥离------------------------------------------------72.4引线弯曲疲劳--------------------------------------------72.5键合点和焊盘腐蚀----------------------------------------72.6引线框架腐蚀--------------------------------------------82.7金属迁移------------------------------------------------82.8振动疲劳------------------------------------------------83、内引线断裂和脱键--------------------------------------------84、金属间化合物使Au—Al系统失效-------------------------------9 4.1 Au—Al 系统中互扩散及金属间化合物的形成-----------------9 4.2杂质对Au—Al系统的影响----------------------------------94.3改善方法------------------------------------------------105、热循环使引线疲劳而失效-------------------------------------10 5.1热循环峰值温度对金相组织的影响--------------------------10 5.2热循环峰值温度对冲击功的影响----------------------------105.3引线疲劳------------------------------------------------116、键合应力过大造成的失效-------------------------------------11 参考文献-------------------------------------------------------121、引线键合引线键合是芯片和外部封装体之间互连最常见和最有效的连接工艺。
印制电路板化镍沉金浸润不良和化镍化钯沉金键合不良的失效分析
印制电路板化镍沉金浸润不良和化镍化钯沉金键合不良的失效分析印制电路板,Printed Circuit Board,是当今几乎所有电子产品的基础部件。
起着承上,即承载芯片和启下,即连接外部电路的作用。
在电子信息产业在国民经济中的地位越发重要的今天,印制电路板的重要性不言而喻。
如今,从智能手机、笔记本电脑,到各种消费卡、工厂大型控制系统,最后到军工产业和现代武器,都能看到印制电路板的身影。
2006年,我国印制电路板产值达到121亿美元,成为世界第一。
印制电路板制造复杂,涉及原料之丰,制造工序之多,都是制造业中的翘楚。
制造业中就有一种说法,如果一个人能管理好一家印制电路板厂,他就能管好几乎任何一种产品的制造厂。
然而,随着电子信息产业和IC技术的不断发展,对印制电路板的要求不断提高,精细化、小型化、轻薄化和多功能化是印制电路板发展的方向。
同时,随着欧洲RoHS准则的提出,印制电路板这一原本高污染产业的环保课题被提上了议程。
新的要求,新的规则,给诞生70多年的印制电路板带来了新的挑战,同时也给了在中国发展了将近20年的印制电路板行业以新的机遇。
在印制电路板中,可靠性问题一直困扰着生产厂家。
在诸多可靠性问题中,表面处理绝对是一个关键的议题。
表面处理乃是印制电路板与外界环境接触的部分,承担着保护内部电路不受外界侵蚀,保持可焊性、可键合性、形成电气接插等诸多作用。
鉴于其厚度极薄的特点和IC业对其不断提高的要求,表面处理的可靠性就越发值得研究。
本文在调研了印制电路板整体产业格局的基础上,对印制电路板中的表面处理技术给予了特别关注。
在本文给出的两个例子中。
一个样品以化镍沉金作表面处理,后被发现在经历热风整平时存在浸润性不良的失效形式。
另一个样品则以新型的表面处理方式,化镍化钯沉金作为表面处理,在键合引线的过程中发现存在键合失效的情况。
为了查明失效机理,找到失效原因并最终改善产品良率,一系列现代化表征手段和实验器材被运用。
浅析引线键合
浅析引线键合摘要：随着集成电路的发展, 先进封装技术不断发展变化以适应各种半导体新工艺和新材料的要求和挑战。
半导体封装内部芯片和外部管脚以及芯片之间的连接起着确立芯片和外部的电气连接、确保芯片和外界之间的输入/ 输出畅通的重要作用,是整个后道封装过程中的关键。
引线键合以工艺实现简单、成本低廉、适用多种封装形式而在连接方式中占主导地位, 目前所有封装管脚的90%以上采用引线键合连接[1]。
关键词：集成电路引线键合方向发展Abstract: with the development of integrated circuits, advanced packaging technology constantly changing to adapt to all kinds of semiconductor of new technology and new material requirements and challenges. Semiconductor package internal chip and the external pin and the connection between the chip having established chip and external electrical connection, ensure the chip and outside between the input / output smooth important role, the whole package after the road is the key process in the. Wire bonding technology to achieve a simple, low cost, suitable for various packaging forms and in a connection mode in the dominant, all current package pins above 90% using a wire bond connection [1].Key words: integrated circuit lead wire bonding direction目前封装形式一方面朝着高性能的方向发展，另一方面朝着轻薄短小的方向发展，对封装工艺圆片研磨、芯片粘贴、引线键合都提出了新的要求。
金丝引线键合的影响因素探究
金丝引线键合的影响因素探究1.引言1.1 概述概述部分的内容可以包括对金丝引线键合的简要介绍和对本文研究的背景进行说明。
在电子封装技术中，金丝引线键合技术是一种常用的方法，用于连接芯片与封装基板之间的金属引线。
金丝引线键合技术具有高可靠性、高密度和低功耗等优点，因此在集成电路（IC）的制造过程中得到广泛应用。
然而，金丝引线键合的质量和性能受到许多因素的影响，如金丝材料、焊接参数、设备条件等。
因此，深入了解金丝引线键合的影响因素，并探索如何优化这些因素对键合质量和性能的影响，对于提高金丝引线键合工艺的可靠性和效率具有重要意义。
本文将针对金丝引线键合的影响因素展开研究，通过综合分析文献和实验数据，探讨金丝引线键合的定义、原理以及主要影响因素。
通过对这些影响因素的分析和比较，我们将为金丝引线键合工艺的优化提供有力的理论支持和实践指导。
最后，通过总结金丝引线键合的影响因素，并对未来研究方向进行展望，本文旨在为金丝引线键合技术的发展和应用提供参考，为相关领域的研究人员和工程师提供借鉴和启示。
同时，希望通过本文的研究成果，能够促进金丝引线键合技术的进一步改进，提高键合质量和性能，推动电子封装技术的不断发展。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下几个方面：1.2 文章结构本文将按照以下结构展开对金丝引线键合的影响因素进行探究：第一部分是引言部分，对本文的背景和目的进行介绍。
首先，我们会概述金丝引线键合的重要性和应用场景，以引起读者的兴趣。
其次，我们会明确文章的结构，向读者说明本文将围绕哪些主题进行讨论。
最后，我们会明确本文的目的，即希望通过探究影响金丝引线键合的因素，为相关领域的研究和应用提供指导。
第二部分是正文部分，将详细介绍金丝引线键合的定义和原理，并分析影响金丝引线键合的因素。
首先，我们会给出金丝引线键合的定义，并阐述其基本原理和工作原理，以帮助读者了解金丝引线键合的基本概念。
接着，我们会系统地探究影响金丝引线键合的因素，包括但不限于金丝的材料特性、键合参数的选取、键合过程的控制等。
各类元器件失效机理分析总结
各类元器件失效机理分析总结电子元器件在使用过程中，常常会出现失效和故障，从而影响设备的正常工作。
为了保证设备或系统能可靠的工作，对于电子元器件的可靠性要求就非常高。
可靠性指标已经成为元器件的重要质量指标之一。
了解了元器件的失效模式和失效机理，对于诊断设备故障和保持设备的可靠性是十分重要的，下文简单介绍各种元器件的失效机理。
1、电阻器常见的非绕线电阻器按照电阻体所用的材料不同可以分为四种类型即合金型、薄膜型、厚膜型和合成型。
对于固定电阻器，其主要失效模式有开路、电参数漂移等；而对于电位器，其主要失效模式有开路、电参数漂移、噪声增大等。
使用环境也将导致电阻器老化，对于电子pcba的寿命具有很大影响。
1）氧化：电阻器电阻体的氧化将使电阻值增大，是造成电阻器老化的最主要因素。
除了贵金属及合金制成的电阻体外，其他材料都会受到空气中氧的破坏。
氧化作用是长期作用的，当其他因素的影响逐渐减弱后，氧化作用将成为主要因素，高温高湿环境会加速电阻器的氧化。
对于精密电阻器和高阻值电阻器，防止氧化的根本措施是密封保护。
小编建议密封材料应采用无机材料，如金属、陶瓷、玻璃等。
有机保护层不能完全防止透湿和透气，对氧化和吸附作用只能起到延缓作用。
2）黏结剂的老化：对于有机合成型电阻器，有机黏结剂的老化是影响电阻器稳定性的主要因素，有机黏结剂主要是合成树脂，PCBA加工企业在电阻器的制造过程中，合成树脂经热处理转变为高聚合度的热固性聚合物。
引起聚合物老化的主要因素是氧化。
氧化生成的游离基引起聚合物分子键的铰链，从而使聚合物进一步固化、变脆，进而丧失弹性和发生机械破坏。
黏结剂的固化使电阻器体积收缩，导电颗粒之间的接触压力增大，接触电阻变小，使电阻值减小，但黏结剂的机械破坏也会使电阻值增大。
通常黏结剂的固化发生在前，机械破坏发生在后，所以有机合成型电阻器的电阻值呈现出以下规律：在开始阶段有些下降，然后转为增大，且有不断增大的趋势。
由于聚合物的老化与温度、光照密切相关，所以在高温环境和强烈光线照射下，合成电阻器会加速老化。
影响铝线键合失效因素及失效分析
电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering电子技术Electronic Tech no l ogy 影响铝线键合失效因素及失效分析黄全全王立葛伟华（南瑞联研半导体有限责任公司江苏省南京市211000）摘要：本文根•据大量的工作和经验的积累，列举了影响键合失效的因素，并根据这些失效的产品或样品给出了失效分析，总结了经验和积累了数据，并给出了相应的解决方法，只有不断的优化键合过程，才能提升产品良率。
关键词：铝线键合；键合参数；失效因素；半导体1前言随着混合电路和功率半导体器件在军事和商业上的广泛应用，对器件键合系统的可靠性要求也更加苛刻。
半导体功率器件和电子元器件产品的引线键合失效是半导体分离器件、混合集成电路等常见的失效模式⑴。
因此、迫切要求我们分析影响键合铝线键合强度的因素，并且根据实际生产中遇到的问题进行失效分析。
2影响粗铝线键合失效的因素及失效分析超声波键合的原理是压电陶瓷将超声发生器产生的高频正弦功率信号转变成机械振动，振动经传输放大并汇聚后作用在键合界面上，在机械能和键合力的作用下，劈刀中的铝线与界面发生摩擦，去除沾污并且将界面氧化膜破碎，纯净的金属表面原子在温升及高频振动下变为激活状态，当共价键的金属原子接近到纳米级的距离时，就有可能通过共用电子形成原子间的电子桥。
键合界面材料行为分析：第一阶段，超声能量促使铝线软化变形。
第二阶段，超声波通过铝线传到键合界面，这-波的形式是一种与脉冲方向垂直的对键合表面的周期性切入的行为。
2.1键合区域表面有污染或氧化DBC表面的污染和破坏，如图1,焊锡铺展到键合区域，铝线无法键合，就算是能够键合上，键合强度也很低。
如图2,键合区域表面有油污，铝线无法键合，出现跳点。
2.2键合参数设置不当引起的键合失效2.2.1超声功率与键合压力键合功率影响劈刀水平方向震动的频率和幅度，当键合压力和键合时间一定时，功率越小，劈刀的振幅越小。
塑封器件常见失效模式及其机理分析总结
塑封器件常见失效模式及其机理分析总结一般塑封器件的失效可分为早期失效和使用期失效，前者多是由设计或工艺失误造成的质量缺陷所致，可通过常规电性能检测和筛选来判别。
后者则是由器件的潜在缺陷引起的，潜在缺陷的行为与时间和应力有关，经验表明，受潮、腐蚀、机械应力、电过应力和静电放电等产生的失效占主导地位。
1 失效模式及其机理分析塑封器件，就是用塑封料把支撑集成芯片的引线框架、集成芯片和键合引线包封起来，从而为集成芯片提供保护。
塑封器件封装材料主要是环氧模塑料。
环氧模塑料是以环氧树脂为基体树脂，以酚醛树脂为固化剂，再加上一些填料，如填充剂、阻燃剂、着色剂、偶联剂等微量组分，在热和固化剂的作用下环氧树脂的环氧基开环与酚醛树脂发生化学反应，产生交联固化作用使之成为热固性塑料。
塑封材料不同于陶瓷材料和金属材料，它是一种高分子复合材料，其固有的有机大分子结构，使其本身存在较高的吸湿性，是一种非气密性封装。
塑封材料主要失效模式为：开路，短路，参数漂移，烧毁。
由于塑封器件是非气密性封装，在封装方面就存在一些缺点，最主要的缺点就是对潮气比较敏感。
受潮。
塑封材料会从环境中吸收或吸附水气，特别是当塑封器件处于潮湿环境时，会吸收或吸附较多的水气，并且在表面形成一层水膜。
受潮是塑封器件的很多失效机理如腐蚀、爆米花效应等的诱因。
腐蚀。
对塑封器件而言，湿气渗入是影响其气密性导致失效的重要原因之一。
湿气渗入器件主要有两条途径：（1）由于树脂本身的透湿率与吸水性，水气会直接通过塑封料包封层本体扩散到芯片表面；（2）通过塑封料包封层与金属框架间的间隙，然后再沿着内引线与塑封料的封接界面进入器件芯片表面。
当湿气通过这两条途径到达芯片表面时，在表面形成一层导电水膜，并将塑封料中的Na+、CL－离子也随之带入，在电位差的作为下，会加速对芯片表面铝布线的电化学腐蚀，最终导致电路内引线开路。
随着电路集成度的不断提高，铝布线越来越细，因此，铝布线腐蚀对器件寿命的影响就越发严重。
半导体器件键合失效模式及机理分析
半导体器件键合失效模式及机理分析范士海【摘要】This paper analyzed the effect of non-proper wire bonding process and packaging process on wire bonding failure by typical FA cases.Through detailed analysis of influential factors of wire bonding process parameter and environmental factors of packaging,and the summary of failure mode of wire bonding,the intrinsic failure mechanism of wire bonding caused by non-proper wire bonding process and packaging process is posed,and the using measures to control devices with defects are proposed,too.%本文通过对典型案例的介绍,分析了键合工艺不当,以及器件封装因素对器件键合失效造成的影响.通过对键合工艺参数以及封装环境因素影响的分析,以及对各种失效模式总结,阐述了键合工艺不当及封装不良,造成键合本质失效的机理;并提出了控制有缺陷器件装机使用的措施.【期刊名称】《环境技术》【年(卷),期】2018(000)003【总页数】9页(P54-61,65)【关键词】键合工艺;半导体器件;键合失效;本质失效【作者】范士海【作者单位】航天科工防御技术研究试验中心,北京 100854【正文语种】中文【中图分类】TN405.96引言半导体封装内部芯片和外部管脚以及芯片之间的连接起着确立芯片和外部的电气连接的重要作用。
引线键合详解
第三章
3.1键合方式
球形键合 一般弧度高度是150 um 。 弧度长度要小于100倍的丝线直径。 键合头尺寸不要超过焊盘尺寸的3/4。一般是丝线直径的2.5到5倍,取决于劈刀几何现状 和运动方向。 球尺寸一般是丝线直径的2到3倍,细间距约1.5倍,大间距为3 到4倍。 楔形键合 即使键合点只大于丝线2-3 mm 也可形成牢固的键合。 焊盘尺寸必须支持长的键合点和尾端。 焊盘长轴必须在丝线的走向方向。 焊盘间距因该适合于固定的键合间距。
Au-Ag 系：1. Au-Ag 键合系的高温长时间可靠性很好, 2. 无IMC形成 且无腐蚀 3. 金丝键合到镀银的引脚上已经使用多年 4. 硫的污染会影 响可键合性 5. 常在高温下(约250oC)进行热声键合,以分离硫化银膜而 提高可键合性。
Al-Ag 系：1. Ag-Al 相图非常复杂,有很多IMC, 2. 柯肯达尔效应容易 发生,但是在工作温度以上, 3. 实际很少使用这种搭配,因为相互扩散和 湿度条件下的氧4. 氯是主要的腐蚀元素,5. 键合表面必须要用溶剂清洗. 然后用硅胶防护。
1.2 工艺方法
超声焊接:利用超声波(60~120KHz)发生器使劈刀发生水平弹性振动, 同时施加向下的压力。使得劈刀在这两种力作用下带动引线在焊区金属表面迅速 摩擦,引线受能量作用发生塑性变形,在25ms内与键合区紧密接触成焊接。常用于 Al丝的键合。键合点两端都是楔形。 热压焊:利用加压和加热,使得金属丝与焊区接触面的原子间达到原子的引力范围, 从而达到键合目的。基板和芯片温度达到约150°C ,常用于金丝的键合,一端是 球形,一端是且楔形,常用于金丝的键合。 热声焊:用于Au和Cu丝的键合。它也采用超声波能量,但是与超声不同点的是:键 合时要提供外加热源、键合丝线无需磨蚀掉表面氧化层。外加热量的目的是激活 材料的能级,促进两种金属的有效连接以及金属间化合物(IMC)的扩散和生长。。
MOSFET常见失效的机理讨论
封装树脂耐湿性差，受热时水分气 化体积倍增，使得界面发生剥离，严重时引起裂纹
• 划痕
减薄、划片、装片过程。
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III. 雪崩击穿
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三极管的工作原理
• 晶体管：用不同的掺杂方式在同一个硅片上制造出三个掺 杂区域，并形成两个PN结，就构成了晶体管. 为电流控制 的器件。
• 仅需很小的电流维持基极－发射极的正向偏置，即可开启 BJT， 在集电极引出端获得很大的输出电流。
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导致反向击穿的一个机制是avalanche multiplication
• PN结的动态特性很复杂，在一段时间内可能会失去反向 阻断的功能。
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Avalanche multiplication
• 导致反向击穿的一个机制是avalanche multiplication。考虑一 个反向偏置的PN结。耗尽区随着偏置上升而加宽，但还不够快到 阻止电场的加强。强大的电场加速了一些载流子以非常高的速度 穿过耗尽区。当这些载流子碰撞到晶体中的原子时，他们撞击松 的价电子且产生了额外的载流子。因为一个载流子能通过撞击来 产生额外的成千上外的载流子就好像一个雪球能产生一场雪崩一 样，所以这个过程叫avalanche multiplication。
• 晶体管分类：NPN型管和PNP型管
039引线框架和EMC失效机理分析
引线框架和EMC失效机理分析文摘以铜为基本原材料的引线框架(L/F)薄片很容易被氧化形成一种黑色的溶液.并且在与环氧塑封料成型时候容易形成三明治形状的包封物(SDCM).L/F和EMC的粘接性能是通过使用SDCB标本的断裂强度来测量的,而且断裂面通过不同的仪器来检测,比如XRD,AFM,SEM等等.结果表明有三种失效途径,都与封装以前引线的表面状态有关.1简介在表面安装器件的发展过程中,爆玉米花现象已成为主要的可靠性问题,特别对于芯片基板尺寸非常大的封装,这种现象十分突出。
由于封装尺寸,材料,加工过程的不同,封装断裂出现的位置也不一样,失效一般出现在最弱的内表面.芯片基板和EMC的接触表面分层被认为是最主要的失效原因,所以加强引线框架和EMC内表面的粘接力是防止分层的最关键解决办法。
在这篇文章里我们主要介绍Cu引线框架表面的氧化物的形成以及对引线框架和EMC的内表面断裂强度的测量方法。
2 实验程序2.1 黑色氧化物的形成现在主要使用的Cu引线框架一般组成为0.3Cr-0.25Sn,厚度一般为0.15mm。
引线框架表面上的有机物杂质一般在丙酮中使用超声波来去除，时间一般需要20分钟。
然后使用预处理溶液去除本体氧化物，氧化时间一般少于20分钟。
使用SEM，TEM以及闪角X射线衍射计（XRD）来分析黑色氧化层，然后使用趋电性减少的方法来测量氧化层厚度。
2.2 SDCB标本的制备以及机械测试氧化处理以后,模压时候引线框架薄片和EMC配合,温度175℃，时间15分钟,然后制成用于测试断裂强度SDCB标本,在模压之后所有标本都要经过175℃4小时后固化。
断裂强度或者临界能量释放速率G IC可以通过下面这个公式来计算：在这里，P C指的是临界载重，E指的是平面紧张模量，定义为（E；杨氏模量，v：Poisson速率），a是断裂长度，t是标本厚度，l是标本长度的一半数值。
当插入件对于标本其他尺寸来说很小的时候，标本可以认为是均匀的。
第一顺序键合引脚失效分析及键合可靠性提高
- 1 -第一顺序键合引脚失效分析及键合可靠性提高丁荣峥，杨 兵，任春岭，唐桃扣（无锡中微高科电子有限公司，江苏 无锡 214035）摘 要：文章分析了一例采用金丝热超声键合电路在工艺监控过程中的键合强度检测合格，在高温稳定性烘焙后其引线抗拉强度同样符合MIL-STD-883G 方法2011.7的要求，但电路在使用中出现第一顺序键合引脚开路现象。
经分析是由于芯片键合区（压点）的材料、结构、键合工艺参数处于工艺下界，以及此类缺陷不能通过键合引线抗拉强度在线监测（包括125℃下的24h 高温贮存后的检测）检测出而导致。
最后针对缺陷所在，通过改进检测方法、键合工艺设置等消除了键合缺陷，并提高了键合可靠性。
关键词：键合强度；脱键失效；第一顺序键合引脚；可靠性中图分类号：TN305.94 文献标识码：A 文章编号：1681-1070（2008）05-0001-04Failure Analysis of the First Wire’s Bond and Improvement of its’ Bonding ReliabilityDING Rong-zheng ，YANG Bing ，REN Chun-ling, TANG Tao-kou （Wuxi Zhongwei High-tech Electronics Co ., Ltd ., Wuxi 214035, China ）Abstract:During the bonding process of Au wire thermosonic bonding, the result of the bond strength was according with the technology require. The minimum bond strength was in accordance with the MIL-STD-883G Method 2011.7 after high temperature stability baking. But the first wire’s bond peeled when the circuit was in using. This phenomenon is analyzed in this article, the reason is that the die bond area （PAD ） material,structure and bonding technology parameters were out of the technological limits. And the defect could not be detected during the test of the bonding wire tensile strength （including the test after stored in the condition of 125℃ and 24 h ）. Finally, bonding defect was avoided by improving on the test method and bonding technological parameters, and the bonding reliability is improved.Key words: bond strength; failure for bonding interface; the first wire’s bond; reliability收稿日期：2008-02-29封 装 、 组 装 与 测 试1 概述某型号电路在封装过程中和封装后的评价中未发现任何异常，但电路在使用中出现个别电路开路失效，其表现为电路的第一顺序键合引脚有键合互连开路。
电子产品组装过程常见失效机理及预防措施
电子产品组装过程常见失效机理及预防措施摘要：随着微电子电路集成度的大幅度提高，组装密度越来越高，承担机械与电气连接的焊点尺寸越来越小，而任意焊点的失效就有可能造成器件甚至系统整体的失效。
微波组件组装中，经常出现内引线键合系统的缺陷。
一些缺陷在某种条件下可导致产品失效。
本文分析了内引线键合的缺陷和失效问题，提出了改进设计和制造工艺，采取有效质量管理措施。
关键词：电子组装；失效分析；预防措施随着现代电子技术的发展，微波组件的工作频率越来越高，其在武器装备中的应用范围越来越广。
微波组件的有源部分通常由单个或多个管芯、封装器件、单片电路以及它们的组合组成，无源部分通常由电阻、电容、电感、环行器、隔离器、分布式传输线、接插件等各种元器件以及做成传输线的电路基板组成。
通过分析研制过程中的缺陷和失效问题，分辩其失效模式和失效机理，确定其最终的失效原因，提出改进设计和制造工艺的建议，采取有效质量管理措施，消除故障隐患，使产品质量稳定可靠。
一、失效模式1、金带开路失效。
组件中元器件的种类繁多，金带常需键合在性能差异较大的板材上。
根据不同的材料应选取相应的键合参数，键合参数选用不当，键合部位将存在缺陷，在机械应力作用下可产生失效。
金带键合颈部的断裂，使电气连接呈现时断时续的状态，而导致组件失效。
2、金丝短路失效。
芯片安装方向偏差导致键合金线过长、交叉，介质板上的键合点与芯片上的键合区位置没有做到按顺序一一对应，相邻金丝短路失效。
3、金丝损伤。
生产过程中，常出现金丝倒伏、变形、扭曲、裂口及擦痕等机械损伤。
在200～500倍显微镜下观察，发现金丝拱弧表面有损伤，不光滑，比较毛糙。
在某种状态下，微带线连接点金丝将开路失效。
二、故障原因分析1、金带键合根部失效。
观察发生故障的部位，发现介质板表面低于陶瓷板表面，导致金带的两键合点不在同一水平面内，且落差较大。
金带在陶瓷板端无向上的弧度，而贴近陶瓷片表面，在其边沿处折弯通向介质板，且故障部位的键合点颈部变形较大。
毕业设计：键连接失效分析与改进
第一章绪论1.1键联接的概述目前,国内外机械工程设计中键联接与花键联接已被广泛应用,并已形成标准化和系列化。
但是,它们均存在一定的缺点和局限性,因而,不断补充、完善、发展和改造它们非常必要。
在各种轴毅联接中, 键联接具有简单紧凑、装拆方便和成本低廉等特点, 因此是最常用的联接型式。
因键是标准零件, 故传统设计主要是根据键联接时结构特点、使用要求和工作条件选定键的类型, 然后由轴毅尺寸从标准中选定键的剖面尺寸及长度, 最后进行强度校核。
传统方法的不足是速度慢且趋于保守(尺寸大), 故其经济性差。
键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，如齿轮、带轮、联轴器与轴的连接，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动导向。
键在机械行业中的各种轴毅联接中, 根据类型不同有不同的用途，键联接具有结构简单、装卸方便和成本低廉的特点，因而得到广泛应用。
1.2键联接的分类键连接可以分为松键连接、紧键连接和花键连接三大类。
键是标准件，分为平建、半圆键、楔键和切向键等。
花键联接分为：矩形花键、渐开线花键、三角形花键。
平键普通平键与薄型平键构造两侧面为工作面，靠键与槽的挤压和键的剪切传递扭矩。
分圆头A、方头B、半圆头C三种型式导向平键与滑键导向平键分为圆头和方头两种，一般用螺钉固定在轴槽中，导向平键与轮毂的键槽采用间隙配合，轮毂可沿导向平键轴向移动。
半圆键靠键与键槽侧面的挤压传递转矩。
键在槽中能绕键的几何中心摆动，可以自动适应轮毂上键槽的斜度。
楔键楔键的上下面是工作面，键的上表面有1：100的斜度，轮毂键槽的底面也有1：100的斜度，主要靠摩擦力传递转矩切向键由一对楔键组成的，装配时，将两键楔紧。
键的两个窄面是工作面。
花键联接矩形花键分为外径、内径、侧面等定心方式。
渐开线花键齿廓为渐开线，分为齿形定心、圆柱面定心、外径定心。
三角形花键内花键齿为三角形外花键齿为渐开线（α=45°）加工方便，定心方式：齿侧定心1.3键联接的应用特点键联接具有简单、紧凑、可靠、装拆方便和成本低廉等优点，因此是属于最通用的联接形式。
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第6期2017年12月微处理机MICROPROCESSORSNo.0Dec.，2017引线键合的失效机理及分析贺玲，刘洪涛(中国电子科技集团公司第47研究所，沈阳110032)摘要:随着电子封装系统的发展，封装系统对可靠性及使用寿命的要求不断提高。
引线键合作 为半导体后道工序中的关键工序，在未来相当长一段时间内仍将是封装内部链接的主流方式。
引线键 合工艺的可靠性是半导体器件可靠性的一个重要组成部分，尤其对电路的长期可靠性影响很大，据国 外的统计数据显示键合系统的失效占整个半导体器件失效模式比例的25%耀30%。
严格控制器件的生 产工艺环境以及引线的键合工艺质量尤为重要。
针对单芯片集成电路加工过程中遇到的键合失效模 式，对过程进行分析，找出引线键合失效的原因，提出了改善方法。
关键词：引线键合；失效机理;稳定性；可靠性；失效模式；断裂DOI编码：10.3969/j.issn.l002-2279.2017.06.004中国分类号:TN43 文献标识码:B文章编号：1002-2279-(2017)06-0017-04Failure Mechanism and Analysis of Wire BondingHe Ling,Liu Hongtao(The 47th Research Institute o f China Electronics Technology Group Corporation,Shenyang 110032,China)Abstract：With the development of electronic packaging system,the requirements for reliability and service life are continuously increased.As the key process of semiconductor post process,wire bonding will still be the mainstream way of packaging internallinks for a long time to come.The reliability of wire bonding process is an important part of the reliability of semiconductor devices,especially influencing the long term reliability of circuit heavily,and according to the foreign statistical data,it shows that the failure rate of the bonding system accounts for 25%耀30%of the failure mode of the whole semiconductor device.It is very important to control the manufacturing process and the wire bonding process quality.According to the bonding failure modes encountered in the process of single chip integrated circuits processing,the process is analyzed,so as to find out the reason of wire bonding failure,and to propose improvement methods.Key words：Wire bonding;Failure analysis;Stability;Reliability;Failure mode;Fracturei引言半导体集成电路引线键合是集成电路封装中的 一个非常重要的环节，引线键合的好坏直接影响到 电路使用后的稳定性和可靠性[1]。
随着整机对电路可 靠性要求的提高，引线键合不再是简单意义上的芯 片与管壳键合点的连接，而是要通过这种连接，确保 在承受高的机械冲击时的抗击能力，保证电路在各 种恶劣环境下性能的稳定性和可靠性[2]。
2引线键合的失效机理引线键合是芯片与外部链接体之间互接最常见 和最有效的连接工艺[3]。
引线键合的失效会使相应的 引脚失去功能，从而使器件失效，是超大规模集成电 路常见的失效形式[4]。
引线断裂的常见方式一般分为三类：引线在键 合点的非颈缩点处断裂；引线在键合点的颈缩点处 断裂;脱键[5]。
作者简介:贺玲(1985—)，女，辽宁省辽中县人，学士，工程师，主研方向:封装工艺。
收稿日期：2017-10-25•18-微处理机2017 年2.1引线在键合点的非颈缩点处断裂引线中间断裂不一定在早期失效中出现，因为 它和内引线存在损伤的程度和由损伤诱发的机理有 关[6]。
键合丝的损伤使引线损伤部位面积变小，这将 导致：电流密度加大，使损伤部位易被烧毁;抗机械 应力的能力降低，造成内引线损伤处断裂。
产生损伤 的原因，一是键合丝受到机械损伤，见图1；二是电 流密度加大，个别部位被烧毁，见图2。
图1键合丝上有明显的机械损伤图2电流密度加大导致个别部位被烧毁2.2引线在键合点的颈部断裂由键合力过大或引线受到机械外力损伤所致。
此种引线损伤会降低键合强度，在试验或使用中易 造成键合失效，如图3。
图3键合点颈部单侧撕裂2.3键合点脱落在自动引线键合技术中，半导体器件键合点脱 落是最常见的失效模式，如图4。
这种失效模式用常 规筛选和测试很难剔除，只有在强烈振动下才可能 暴露出来，因此对半导体器件的可靠性危害极大。
1)b)图4键合点A l层脱落3影响内引线键合可靠性的主要因素3.1可能造成引线中间断裂的因素发生这种断开方式的原因有两种情况，一是内 引线存在缺陷，如引线上存在裂口、弯曲、割口、卷 曲、刻痕和颈缩等，使得该处的机械强度降低，在键 合拉力的作用下极易发生断裂;二是键合工艺很好，键合点和颈缩点处理得都很好，键合系统中机械强 度最低的位点就落在了引线上。
3.2可能造成引线颈部断裂的因素原因之一可能是材料间的接触应力不当。
应力 包括热应力、机械应力和超声应力。
键合应力过小会 造成键合不牢，但键合应力过大同样会影响键合点 的机械性能。
应力大不仅会造成键合点根部损伤，引起键合点根部断裂失效，还会损伤键合点下方的芯 片材料，甚至出现裂缝'另外，键合工艺操作控制不严格，键合力过大或6期贺玲:引线键合的失效机理及分析.19.引线受力，也会导致引线颈部出现撕裂。
3.3可能造成键合点脱键的因素原因之一:界面上绝缘层的形成在芯片上键合区光刻胶或窗口钝化膜未去除 干净，即可形成绝缘层。
除此之外，管壳镀金层质量 低劣，会造成表面的疏松、发红、鼓泡、起皮等，也会 严重影响电学接触的有效性。
金属间键合接触时，在有氧，氯、硫、水汽存在的环境下，金属往往与这 些气体起反应生成氧化物、硫化物等绝缘夹层，或 受氯的腐蚀，导致接触电阻增加，这些都起着绝缘 层的作用，使键合可靠性降低。
原因之二:金属化层缺陷金属化层缺陷主要有：芯片金属化层过薄，使 得键合时无缓冲作用；芯片金属化层出现合金点，在键合处形成缺陷；芯片金属化层粘附不牢，最易 脱键。
原因之三:表面沾污在各个操作环节，芯片、管壳、劈刀、金丝、镊 子、钨针等均可能引入污染;人体净化不良，也会造 成有机物沾污及纳沾污等；芯片、管壳等未及时处 理干净，残留镀金液，可造成钾沾污及碳沾污等，而 且此种沾污属于批次性问题，可能会造成整批管壳 报废；引线键合点腐蚀也是一种表面沾污，会引起 失效;金丝存放过久，不但硬度和延展率会发生变 化，而且也易沾污，管壳的存放也存在类似的情况。
4改善方法方法之一：弯曲引线时，为防止将过大应力加在管座和引 线之间，应将弯曲点和管座间的引线用工具加以固 定。
弯曲时应防止工具碰到管座，更不能用手拿着 管座来弯折引线。
在需要采用夹具进行大批生产 时，必须使用专门的固定引线的夹具，而且要防止 固定引线的夹具将应力加到器件上。
不要对引线进 行反复弯曲，应避免对扁平形状的引线进行横向弯 折。
在沿引线“轴向”施加过大应力（拉力）时，会导 致器件密封性遭到损坏'所以应避免在此种情况 下施加超过规定的应力。
除此还应避免弯折夹具损 伤引线镀层。
方法之二：为预防金属化层缺陷造成的键合失效，应对芯 片键合区进行粘附层强度评价[9]。
可抽取3只芯片，选择合适的基板粘片，用键合丝将焊盘逐个键合起来，不足22根引线的加大抽样数量。
采用22(0)抽样方案进行抗拉强度测试，以不出现焊盘脱落现象者为合格。
方法之三：为预防表面沾污，键合工具应进行定期清洗并放置在氮气柜中保存，操作人员严格按照净化车间管理规定着装及操作。
对于可能存在的批次性原材料污染问题，应进行充分的封装质量评估，合格后再予使用。
5结束语键合工艺是一种对工艺参数和操作要求都很严格的焊接工艺，稍有不慎就会引入质量问题，结合近年来破坏性物理分析(DPA)及失效分析工作的实践，介绍了电子元器件内引线键合的几种失效模 式，并对每种失效模式进行了分析，最后提出应对措施。
同时给出了典型的案例图片，对键合工艺及环境等方面提出了改进措施，对键合工艺的实效分析和优化提升工作有很大实际意义。
参考文献：[1]和田.引线键合技术的现状和发展趋势[J].电子工业专用设备，2004,(10): 12-14.He Tian.Current Status and Development Trend of WireBonding Technology[J]. Equipment for Electronic ProductsManufacturing,2004，(10):12-14.[2]胡同灿.一种内引线键合脱键失效模式及其预防[J].集成电路通讯，2002，(9):82-84.Hu Tongchan.A Failure Modeof Inner Wire Bonding FallingOf fandthe Prevention [J].Integrated Circuit Communication,2002，(9):82-84.[3]潘峰，颜向乙，郑轩，等.全自动键合机工艺调整方法[J].电子工业专用设备，2009，(5):46-50.Pan Feng，YanXiangji，ZhengXuan，etal..Process AdjustmentMethod of Automatic Bonding Machine [J].Equipment forElectronic Products Manufacturing，2009，(5)： 46-50.[4]张延伟.半导体器件典型缺陷分析和图例[M].中国科学技术出版社，2004.ZhangYanwei.TypicalDefectsAnalysisandLegendofSemiconductor Devices [M].China Science and TechnologyPress，2004.[5]晁宇晴，杨兆建，乔海灵，等.引线键合技术进展[J].电子工艺技术，2007，(4):33-35.ChaoYuqing，Yang Zhaojian，Qiao Hailing，et al..Developmentof Wire Bonding Technology[J]. Electronics Process T ech-nology，2007，(4):205-210.[6]黄玉财.集成电路封装中的引线键合技术[J].电子与封装，2006，(7):16-20..20.微处理机2017年1 Huang Yucai.Wire Bonding Technology in IntegratedCircuit Packaging [J].Electronics and Packaging, 2006,(7):16-20.[7]吴懿平.引线键合原理与工艺[J].环球SM T与封装,2007,7(6):8-10.Wu Yiping.Principle and Process of Wire Bonding[J].GlobalSMT and Packaging, 2007,7(6):8-10.[8]广明安，陈威，潘峰.全自动引线键合机相关键合工艺分析[J].电子工业专用设备,2008,⑴:22-25.GuangMing’an,Chen Wei,Pan Feng. Analysis of Bonding Technology about Automatic Wire Bonding Machine [J].Equipment for Electronic Products Manufacturing,2008,⑴:22-25.[9]吕磊.引线键合工艺介绍及质量检验[J].电子工业专用设备,2014,(158): 54-57.Lv Lei.Introduction and Quality Inspection of Wire Bonding Process [J]. Equipment for Electronic Products Manufacturing, 2014,(158):54-57.。