LTCC基板金丝热超声楔焊正交试验分析
热超声金丝键合工艺及其可靠性研究
研究熟超声金座後合工€氙其可意#嘢究刘丽君，赵修臣，李紅，王迎春(北京理工大学材料学院，北京100081)摘要：采用单一变量法，研究了超声功率、超声时间和焊接压力对金丝球焊时金丝引线结合性能的影响，以及键合引线在不同测试温度和不同老化时间下的结合性能，并通过对键合界面的研究分析了影响界面可靠性的原因。
研究结果表明，相比于超声功率和超声时间，焊接压力对金丝引线结合性能的影响最大，随着焊接压力的增大，金丝球焊第一焊点的剪切断裂载荷以及金丝引线的拉伸断裂载荷均增加；随着测试时基板加热温度的升高，金丝球焊第一焊点的剪切断裂载荷以及金丝引线的拉伸断裂载荷均逐渐降低。
150 °C老化试验结果表明，随着老化时间延长，金丝球焊第一焊点的剪切断裂载荷以及金丝引线的拉伸断裂载荷均呈现先增大后减小的规律。
关键词：金丝球焊；超声功率；超声时间；焊接压力；剪切力；拉力；老化；可靠性中图分类号：TN 405. 9 文献标志码：AInvestigation on the Thermal Ultrasonic Gold Wire Bonding Technology and Reliability of InterfaceLIU Lijun, ZHAO Xiuchen, LI Hong, WANG Yingchun(The School of Materials Science and Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)Abstract：Using a single variable method, this study investigates the effects of ultrasonic power, ultrasonic time and welding pressure on bonding performance of gold ball bonding, and bonding property of bond leads at different test temperatures and different aging times. The factors that affect the interface reliability are analyzed by the study of bonding interface. It is found that the welding pressure has the most significant influence on the bonding performance compared with the ultrasonic power and ultrasonic time. The test results show that with the increase of welding pressure, the shearing force of the first bonding and the pulling force of Au wires are all on the rise；with the increase of heating temperature, the shearing force of the first bonding and the pulling force of Au wires are all gradually decreased. Aging at 150 °C shows that with the increase of aging time, the shearing force of the first bonding and the pulling force of Au wires are increased first and then decreased.Key words：gold ball bonding, ultrasonic power, ultrasonic time, welding pressure, shearing force, pulling force, aging, reliability试验___________________________________________________________________________________B前芯片和封装基板之间的互连主要有3种方 式；街线键合（Wire Bonding)、载带自动焊（T A fr Tape Autojnate'cl Bonding)和倒装愈片.焊:(:Flip Chip Bcmding.)。
混成电路金丝热超声球焊工艺及应用发展
混成电路金丝热超声球焊工艺及应用发展混成电路（Hybrid Integrated Circuit，简称HIC）是指将电子元件和集成电路片（IC）结合在一起组成的电路，可以同时实现数字、模拟和功率电路的功能。
金丝热超声球焊是混成电路封装中的一种重要工艺，通过此工艺可以可靠地连接芯片和基座，从而实现电路的功能。
金丝热超声球焊工艺是在一定的温度和超声波振动的作用下，利用金丝焊条将芯片和基座连接在一起的方法。
金丝焊条通过电热加热后，会形成一个小球，将芯片和基座连接在一起。
金丝焊条会在焊接时被冷却，并被金丝焊针控制成一个完整的焊点。
金丝热超声球焊工艺通过电热加热和超声波的作用，可以使焊接的金丝焊条在较低的温度下形成可靠的焊点，同时减少焊接过程中的应力和振动，从而提高焊接的质量和可靠性。
金丝热超声球焊工艺的应用范围非常广泛。
首先，在数字电路中，金丝热超声球焊工艺被广泛应用于传感器、驱动器和微处理器等芯片的封装中。
其次，在模拟电路中，金丝热超声球焊工艺可用于模拟信号处理电路、电源调节器和放大器等封装。
此外，金丝热超声球焊工艺还被应用于功率电路的封装中，比如功率放大器、开关电源和电机驱动器等。
金丝热超声球焊工艺在工业自动化、电子通信、航空航天等领域中都具有重要的应用价值。
随着科技的不断进步和电子产品的不断更新换代，混成电路金丝热超声球焊工艺也在不断发展和完善。
一方面，金丝热超声球焊工艺在焊接温度、焊接压力和超声波频率等方面的参数优化，可以提高焊接的质量、速度和稳定性。
另一方面，金丝热超声球焊工艺的机械结构和控制系统也在不断改进，如焊针结构的优化、加热温度的精确控制和超声波振动的精确调节。
这些改进和优化将进一步提高金丝热超声球焊工艺的生产效率和产品质量。
综上所述，混成电路金丝热超声球焊工艺是一种重要的封装工艺，通过此工艺可以可靠地连接芯片和基座，实现电路的功能。
金丝热超声球焊工艺广泛应用于数字、模拟和功率电路的封装中，并在工业自动化、电子通信、航空航天等领域中发挥重要作用。
LTCC生瓷带基本性能检测方法研究
ppm/ tt (10 h/T!)〇
8 ) 介电常数:介电常数e 是介质材料是否容易
被极化而形成能抵消外加电场（电压）的偶极子的 2 性能要求
定量度量，事 实 上 也 是 介 质 储 存 能 量 能 力 的 度 量 ，
占
，单 位 为 F/ m,s 。为自由空间（真空 或 空 气 ）
的介电常数, 1 = 8 . 8 5 4 x K T12F/m;A 为相对介电
化率。
LTCC基 板 的 主 要 电 学 性 能 有 介 电 常 数 、耗散 系数（损耗因子）、绝 缘 电 阻 、击穿电压等指标，主要
1 . 3 烧结后主要性能指标
物 理 性 能 包 括 力 学 性 能 （抗 弯 强 度 、杨 氏 模 量 、密
LTCC生瓷带的烧结后主要性能指标包括：
度 ）、热学性能（热膨胀系数、热 导 率 、比热）、几何性
6 ) 抗 弯 强 度 ~ :也可称为弯曲强度、抗折强度，
波峰或两波谷的间距）很 小 （不 大 于 0.1 mm),所以 如 图 1 所 示 ，对 厚 度 y 、宽 度 x 的 LTCC基板样品条
表面粗糙度属于生瓷带 表 面 的 微 观 几 何 形 状 特 性 沿厚度方向进行三点（2 个向上支点的间距为L、向
7 ) 杨 氏 模 量 （£ ) : 也 称 为 弹 性 模 量 ，是生瓷带 膜层沿长度或宽度方向在应变U )与应力（〇•)成正 比的弹性限度内应力与应变的比值（£ = 〇"/e ) ,单
以分为烧结前（未烧结状态下）性能和烧结后（已烧 位为 Pa(N/m2)。
成状态下）性 能 。流 延 法 制 备 的 LTCC生瓷 带 产 品 ，
〇 引言
低 温 共 烧 陶 瓷 （ Low Temperature Co-fired Ce ramic,LTCC)生瓷带是制作 LTCC 基板的最基础材 料 ，不但其烧成后的机械、电学、热学基本特性极大程 度上决定了 LTCC基 板 以 及 LTCC组件的性能，而且 其 烧 结 前 的 基 本 性 能 还 影 响 到 LTCC基 板 工 艺 加 工 的可行性、便捷性。虽然供应商提供了 LTCC生瓷带 产品的质保书及主要性能参数,但用户还很有必要结
基于LTCC技术的毫米波键合金丝的分析与优化设计
第30卷 第6期2007年12月电子器件Ch inese Jou r nal Of Elect ro n DevicesVol.30 No.6D ec.2007A nalysis and Optimal Desig n ofB o nding Interco nnects i n L TCC Mi llimeter Wave 3L I Cheng 2g uo ,M U S ha n 2x ia n g ,Z H A N G Zho ng 2ch ua n ,Z H A O Hon g 2mei(Dept.of Elect ron.En g.,Nanj i ng Uni versi t y of Sci enence &Technolog y ,Nanj i ng 210094,Chi na)Abstract :Bonding i nte rco nnect i s t he critical techni que for realizi ng int erconnect of milli meter wave mult i 2chip module.Di st ance s of bondi ng i nt erconnect and dimensions of bondi ng pa ds ha ve i mport ant effect s on it s millimet er wave characteri mercial 3D el ect romagnetic anal ysi s soft ware was used t o mo del and a nal ysi s for t he millimet er wave charact eri stic s of bonding interconnect in low temperat ure co 2fi red ce 2ramics.The wires of bondi ng int erconnect de si gned by a 5order low 2pa ss fi lte r model maximize bond 2wi re lengt h and la nding pad size to t he alleviate i nfl uence of error ,improvi ng accuracy and reliabilit y.A mo del of bondi ng wire i nt erconnect s for millimete r wave applicat io n is const r uct ed ,which i s ba sed o n neural net 2work met hods.Wit h t he resul t s f rom IE3D analyses a s t he learni ng procedures of t he neural net work ,t he parameter s opti mized by genet ic al gorit hm i s obtained ,which short s design ti me.K ey w or ds :bonding i nt erconnect ;low pass fil ter ;L TCC ;t uning st ub ;neural net wor k ;genet ic algori t hm EEACC :1350H基于L TCC 技术的毫米波键合金丝的分析与优化设计3李成国,牟善祥,张忠传,赵红梅(南京理工大学电子工程系,南京210094)收稿日期282基金项目国防基金资助项目作者简介李成国(2),男,博士生,主要从事相控阵雷达技术研究,j @63。
晶圆界面热阻瞬态热反射测量_概述说明以及解释
晶圆界面热阻瞬态热反射测量概述说明以及解释1. 引言1.1 概述晶圆界面热阻是半导体器件中的关键参数，它描述了从芯片表面到散热系统之间的热传递能力。
随着技术的不断进步和半导体器件的不断发展，对于更高性能和更紧凑尺寸的芯片，对晶圆界面热阻的要求变得越来越高。
为了准确测量晶圆界面热阻以及理解其对器件性能的影响，瞬态热反射测量成为一种重要的实验方法。
通过在样品上施加脉冲激励并测量反射信号的时间-温度曲线，可以获得与晶圆界面热阻相关联的特征参数，并进行进一步分析和解释。
本文将全面介绍晶圆界面热阻以及瞬态热反射测量方法，并通过分析真实案例来展示其应用价值和可行性。
1.2 文章结构本文共分为五个部分：引言、正文、解释、结论和结束语。
其中正文包括晶圆界面热阻定义和重要性、瞬态热反射测量原理及方法以及基于晶圆界面热阻的应用案例分析。
1.3 目的本文的目的是介绍晶圆界面热阻和瞬态热反射测量，探讨它们之间的关系，并通过实验结果的解释和讨论来验证这种关系。
同时，对未来相关研究方向进行展望，为进一步深入理解和应用晶圆界面热阻提供指导。
(注：本答案仅提供了“1. 引言”部分内容的示例，实际撰写时需要根据具体知识点和要表达的观点进行扩充和完善)2. 正文:2.1 晶圆界面热阻的定义和重要性晶圆界面热阻是指在集成电路制造中，芯片与散热器之间的热传导阻力。
由于电子元件工作时会产生大量的热量，如果无法有效地将这些热量传递到散热器上进行散热，芯片温度就会升高，进而影响其性能和寿命。
晶圆界面热阻的重要性主要体现在两个方面。
首先，它直接关系到芯片的工作温度以及可靠性。
如果界面热阻较高，导致芯片无法快速有效地散热，将对芯片的稳定性和长期可靠性造成负面影响。
其次，在电子封装技术中，对芯片-散热器界面的优化设计可以提高整体系统的散热效果，并减小功耗。
2.2 瞬态热反射测量原理及方法针对晶圆界面热阻的测量，一种常用且有效的方法是采用瞬态热反射技术。
LTCC基板金丝热超声楔焊正交试验分析
摘 要 ：引线键 合是微 组装技术 中的 关键 工 艺，广泛 应 用于军品和 民品芯 片的封装 。特殊 类型基板
的引线键合 失效 问题是键合 工 艺研 究的重要 方向 。低 温共 烧陶 瓷 （Ｔ Ｃ 电路基 板在微 波 多芯 片组 ＬＣ ）
件 中使 用广泛 ，相对 于 电镀 纯金 基板 ，该 基板上金 焊盘楔形键 合 强度对 于参数设 置非常敏 感。文章 进行 了Ｌ Ｃ 基 板上金 丝热超 声楔 焊的正 交试验 ，在热 台温度 、劈 刀安 装 长度 等条件不 变的情况下 ， ＴＣ 分别设 置 第一键合 点和 第二键合 点的超 声功率 、超声 时间和键合 力三 因素水平 ，试验 结果表 明 第一 点超 声功率和 第二点超声 时间对键合 强度影响 明显。 关键词 ：正 交试验 ；金 丝；热超声楔焊 中图分类号 ：Ｔ ０ Ｎ３ ５ 文献标 识码 ：Ａ 文章编号 ：１８ ．０ ０ （０ ２ ２０ ０ ．３ ６ １１ ７ ２ １ ）０ ．０ ９０
ｉ ｍｉｒｗａ ｎ ｃ ｏ ｖｅ ｍｕｌｉｃ ｉ ｏ ｕ ｅ ｗ ｈ ｃ ｉ ｅ ｉｉ ｏ ｏ ｉ ｇ ｐａ ａ ｅ ｅ ｓｉ ｄ ｅ ｂ ｎｄｎｇ ｓｒ ｎ ｔ ｔ— ｈｐ ｍ ｄ ｌ ， ｉｈ ｓ ｓ ｎｓｔｖｅ ｆ ｒｂ ｎｄ ｎ ｒ ｍ ｔｒ ｎ ｗｅ ｇ ｏ ｉ ｔｅ ｇ ｈ， ｃ ｍ ｐ ｒ ｄ ｗｉｈｐｕ ｅｇ ｌ ｌｔｄ ｂ ａ ｄ Ｔｈ ｒｈｏ ｏ ｌｔｓ ｏ ｅ ｍ ｏ ｓ ｎ ｃｗｅ ｇ ｏ ｄ ｎ ｎ Ｌ ｏ ａ ｅ ｔ ｒ ｏ ｄ ｐ ａｅ ｏ ｒ ． ｅｏ ｔ ｇ ｎａ ｅ ｔ ｒｔ ｒ —ｏ ｉ ｄ ｅｂ ｎ ｉ ｇｏ ＴＣＣ ｉｃ ｉ ｆ ｈ ｃｒｕ ｔ ｂｏ ｒ ｓｄ ｓｕｓ ｅ ｎ ｔ ｉ ｒｉ ｌ． ｌ ａ ｏ ｉ ｗｅ，ｕ ｔａ ｏ ｉ ｉ ｅ ａ ｄ ｂ ｎ ｎ ｏ ｃ ｒ ｖ ｎ ｆ ｒｔ ｅ ｆｒｔ ａｄ ｉ ｉｃ ｓ ｄ ｉ ｈ ｓａ ｔ ｅ Ｕ ｔ ｓ ｎ ｃｐｏ ｒ ｌ ｓ ｎ ｃ ｔ ｎ ｏ ｄｉｇ ｆ ｒｅ ａ ｅｇｉｅ ｈ ｓ ｃ ｒ ｒ ｍ ｏ ｉ ｂｏ ｄ ｎ ｅｓ ｃ ｎ ｏ ｄ ｂ ｏ ｄｎ ｅｔ ｍｐｅａ ｕ ｅｏ ｅ ｔ ｒａ ｄ ｌｎｇｈ ｏ ａ ｉｌｒ ． ｔａ ｏ ｃｐ ｗ ｅ ｒ ｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｏ ｄ ｂ ｎ ｙ ｈ ｌ ｉｇ ｔ ｅ ｈ ｈ ｒ ｔｒ ｆｈ ａｅ ｎ ｅ ｔ ｆｃ ｐ ｌ ｙ Ｕｌｒ ｓ ｎｉ ｏ ｒｆ ａ ｏ ｉ ｔ ｎ ｎ ｌ ｓ ｎ ｃｔ ｏ ｅ ｏ ｄ ｂ ｎ ｒ ｆ ｃｉ ｅｆ ｒ ｏ ｄ ｎ ￣ｅ ｇ ｈ ｆ ｓ ｏ ｄ ａ ｄ ｕｔａ ｏ ｉ ｉ ｅｆ ｒｓ ｃ ｎ ｏ ｄ ａｅｅ ｅ ｔｖ ｒｗｉｅｂ ｎ ｉ ｇ ｓ ｎ ｔ ． ｒ ｂ ｒ ｍ ｏ Ｋｅ ｙｗｏｒ ： ￣ｈｏ ｏ ｌ ｅ ｔ ｇｏｄ ｗｉｅ ｔ ｅ ｍｏ—ｏ ｉ ｅ ｇ ｏ ｄ ｎ ｄｓ ｏ ｇ ｎａ ｓ； ｌ ｒ ； ｈ ｒ ｔ ｓ ｎ ｃｗ ｄ ｅｂ ｎ ｉ ｇ
基于正交试验的钎焊板式换热器优化设计
基于正交试验的钎焊板式换热器优化设计钎焊板式换热器是一种常见的热交换设备，其结构紧凑，换热效率高，具有广泛的应用前景。
为了进一步提高钎焊板式换热器的性能表现，实现定制化设计，需要通过正交试验等方法进行优化设计。
首先，正交试验是一种多因素、多水平的试验设计方法，其具有方案少、试验点集中、试验时间短、分析简便等特点。
在钎焊板式换热器优化设计中，常常采用正交试验来确定最佳的工艺参数以及结构参数，以获得最佳的性能表现。
其次，在正交试验过程中，需要对影响钎焊板式换热器性能的诸多因素进行分析和优化。
这些因素包括板式换热器的材料、板式换热器的设计参数、管束的数量和位置等。
通过对这些因素进行合理的调整和优化，可以有效地提高钎焊板式换热器的性能表现，实现优化设计的目标。
最后，在正交试验结果的分析阶段，需要综合考虑各项指标，确定最佳的方案。
这些指标包括热效率、热损失、流体流动性能等方面。
通过分析正交试验结果，可以确定最佳的工艺参数以及结构参数，达到优化设计的目的。
综上所述，正交试验是一种有效的钎焊板式换热器优化设计方法。
通过正交试验，可以对钎焊板式换热器的多个参数进行调整和优化，从而提高其性能表现。
在正交试验过程中，需要综合考虑各项指标，确定最佳的方案，从而实现钎焊板式换热器的优化设计。
为了对钎焊板式换热器进行优化设计，需要对其相关数据进行分析。
下面是可以与钎焊板式换热器相关的数据，以及对这些数据的分析。
1. 板式换热器的材料：钛合金、不锈钢、镍基合金等。
不同的材料具有不同的热传导性能和耐腐蚀性能，在选择材料时需要根据具体的应用环境和工艺要求进行选择。
2. 板式换热器的设计参数：板距、板厚、板宽、板高等。
这些参数直接影响板式换热器的热传导性能和流体流动性能，需要在优化设计中进行调整。
3. 管束的数量和位置：管束的数量和位置也对板式换热器的性能表现有重要的影响，需要在优化设计中进行考虑和调整。
4. 热效率：热效率是评价钎焊板式换热器性能的重要指标之一，其值越高，说明传热效果越好。
微组装技术中的金丝键合工艺研究
微组装技术中的金丝键合工艺研究孙瑞婷【摘要】金丝键合是微组装工艺中的一道关键工艺,金丝键合质量的好坏直接影响微波组件的可靠性以及微波特性.对金丝键合工艺的影响因素进行了分析,并通过设计实验方案对25 μm金丝进行键合实验.对键合金丝进行拉力测试,测量结果全部符合军标GJB 548B-2005要求.根据测量结果寻求最佳键合参数,对实际生产具有一定的指导意义.【期刊名称】《舰船电子对抗》【年(卷),期】2013(036)004【总页数】5页(P116-120)【关键词】微组装技术;金丝键合;参数提取【作者】孙瑞婷【作者单位】船舶重工集团公司723所,扬州225001【正文语种】中文【中图分类】TN6050 引言微组装技术具有微型化、高集成、高可靠性的特点，采用微组装技术的微波组件，比一般分离器件电路重量轻10～20倍，体积小4～6倍，性能和无故障时间成倍提升。
微组装一般包含清洗、器件芯片烧结、金丝键合、封帽等工艺流程。
金丝键合是实现微波多芯片组件电气互连的关键技术，金丝键合直接影响到电路的可靠性和稳定性，对电路的微波特性具有很大的影响。
本文主要针对微波模块、组件中的金丝键合工艺进行了研究，对提高金丝键合质量起到工艺优化的作用。
1 金丝键合简介键合是通过施加压力、机械振动、电能或热能等不同能量于接头处，形成连接接头的一种方法，属于压力焊接的一种。
在键合接头内金属不熔化，但是在被连接面之间发生原子扩散，即被连接面之间已达到了产生原子结合力的距离。
将未封装的半导体裸芯片直接安装在微波多芯片组件（MCM）基板上，是微组装技术的重要进步。
而裸芯片中的键合互连便是组装MCM的关键技术。
键合互联使用热压、超声或热超声把铝丝或金丝键合或点焊到裸芯片与基板的相应焊盘位置上。
随着应用需求的不断提高，现在铝丝键合的应用越来越少，金丝键合已成为微组装技术中的关键工艺。
热超声键合是超声波键合的一种变化，即再外加一个热输入，结合了热压与超声两者的优点，热超声键合适合18～100μm的金丝。
毫米波射频互联金丝热超声楔焊工艺优化研究
2013年7月电子工艺技术Electronics Process Technology第34卷第4期239摘 要：金丝热超声楔焊是微波毫米波模块射频互联的关键手段。
采用三维电磁仿真软件对毫米波频段的金丝热超声楔焊进行了建模仿真，分析了金丝跨距、拱高和角度等物理参量对驻波的影响。
针对模拟仿真优化后的热超声楔焊金丝互连结构，给出了金丝热超声楔焊表面状态优化、线型控制参数优化以及键合参数优化等相应的工艺优化措施，从而达到热超声楔焊金丝性能优化的目的。
关键词：金丝热超声楔焊；毫米波射频互联；工艺优化中国分类号：ＴＮ３０５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－３４７４（２０１３）０４－０２３８－０４随着微波和毫米波子系统的快速发展，微波毫米波模块的工作频率越来越高，射频互联对于模块电讯性能的影响越来越大。
并且这种影响随着频段的提高，会越来越明显。
作为毫米波元器件（如隔离器、芯片）与电路基板50 Ω微带互连的关键手段，金丝热超声楔焊广泛应用于微波毫米波模块的射频互联。
由于互连的金丝存在寄生电感，键合引线的拱高和跨距等对模块的微波特性和一致性具有很大影响[1]。
高频段微波模块的射频互联给金丝热超声楔焊线弧轮廓提出了更高的要求，线弧的形状需要更为精确的控制，并且对模块之间的引线线弧形Abstract: Gold wire thermo-sonic wedge bonding is the key means in the RF interconnection of microwave and millimeter wave modules. The three-dimensional electromagnetic simulation software was used to simulate analysis of bond-wire models. Then, the impacts of loop distance, loop height and angle of bond wires on the voltage standing wave ratio were also analyzed. Based on the simulation results, optimum processes such as surface state optimization of the bond interface, loop parameter and bond parameter optimization were provided. And then the optimum performance was obtained for gold wire thermo-sonic bonding process.Key Words: Gold wire thermo-sonic wedge bonding; Millimeter wave RF interconnection; Process optimization Document Code: A Article ID: 1001-3474,2013,04-0238-04状的一致性提出了更高的要求。
正交试验法优化铜铝超声波焊接工艺研究
正交试验法优化铜铝超声波焊接工艺研究
熊志林;张义福;陈朵云;张云
【期刊名称】《机械科学与技术》
【年(卷),期】2022(41)4
【摘要】为提高铜(Cu)和铝(Al)异种材料超声波焊接接头性能,采用正交试验法对0.3 mm厚的Cu/Al箔片进行超声波焊接试验设计,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等方法对最优参数下获得接头的界面组织成分和断口
形貌进行研究,并进行拉伸力测试,探讨了界面连接机理及断口机制。
结果表明:最优焊接参数组合为焊接时间(T)900 ms、焊接功率(P)600 W、焊接压力(F)0.5 MPa、振幅(L)45μm,在该参数下的接头拉伸力达到527.49 N,铜铝界面结合紧密并发生互扩散,生成了约4.5μm厚的金属间化合物层(IMCs),接头界面连接强度主要是由界
面原子扩散和机械互锁决定,接头断裂形式为韧-脆混合断裂模式。
【总页数】5页(P634-638)
【作者】熊志林;张义福;陈朵云;张云
【作者单位】湖南工业职业技术学院机械工程学院;九江学院材料科学与工程学院【正文语种】中文
【中图分类】TG453.9
【相关文献】
1.正交试验优化超声波-微波协同法萃取北五味子多糖工艺研究
2.铝铜超声波焊接
接头性能的正交试验分析3.正交试验法优选胡萝卜多糖的超声波辅助提取工艺研
究4.正交试验法优选金银花中绿原酸超声波强化浸出工艺研究5.正交试验法研究锂锌铝硅微晶玻璃的热处理工艺
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
LTCC基板金丝热超声楔焊正交试验分析
金家富;胡骏
【摘要】引线键合是微组装技术中的关键工艺,广泛应用于军品和民品芯片的封装。
特殊类型基板的引线键合失效问题是键合工艺研究的重要方向。
低温共烧陶瓷（LTCC）电路基板在微波多芯片组件中使用广泛,相对于电镀纯金基板,该基板上金焊盘楔形键合强度对于参数设置非常敏感。
文章进行了LTCC基板上金丝热超声楔焊的正交试验,在热台温度、劈刀安装长度等条件不变的情况下,分别设置第一键合
点和第二键合点的超声功率、超声时间和键合力三因素水平,试验结果表明第一点
超声功率和第二点超声时间对键合强度影响明显。
%The wire bonding technique, which is the key technology of micro-assembly, is widely used
in chip packaging of military and civil products, wire bonding failures of specific circuit board is the major direction of the bonding technology research. Low temperature co-fired ceramics （LTCC） is widely used in microwave multi-chip module, which is sensitive for bonding parameters in wedge bonding strength, compared with pure gold plated board. The orthogonal test for thermo-sonic wedge bonding on LTCC circuit board is discussed in this article. Ultrasonic power, ultrasonic time and bonding force are given for the first bond and the second bond by holding the temperature of heater and length of capillary. Ultrasonic power for first bond and ultrasonic time for second bond are effective for wire bonding strength.
【期刊名称】《电子与封装》
【年(卷),期】2012(012)002
【总页数】4页(P9-11,25)
【关键词】正交试验;金丝;热超声楔焊
【作者】金家富;胡骏
【作者单位】中国电子科技集团公司第38研究所,安徽合肥230088;中国电子科技集团公司第38研究所,安徽合肥230088
【正文语种】中文
【中图分类】TN305
1 引言
目前，集成电路先进后封装过程关键技术中，封装管脚的90%以上采用引线键合技术。
所谓引线键合技术，是指以极细的金属引线（通常选择延展性好的金、铝）两端分别与芯片和管脚键合，形成电气连接的技术。
对于普通半导体封装，从性能和成本方面考虑，引线键合是最优的选择。
相关资料表明，在使用微组装技术生产微电子产品的过程中，失效类型比例为有源器件31. 3%、线焊23. 2%、沾污21. 4%、基片8. 9%、外壳封装6. 3%、芯片贴装1. 8%和其他7. 1%。
可见线焊的失效比例排在容易发生质量问题的第二位，金丝在电路模块中数量很多，并且单根金丝的失效就会危及模块乃至整机系统的正常工作。
因此，控制和提高金丝键合质量就显得十分重要[1～2]。
LTCC电路基板在微波多芯片组件中使用广泛，相对于电镀纯金基板，LTCC电路基板上金焊盘是丝印后烧结的，楔形键合强度对于参数设置非常敏感，具体表现为粘附不上、第二键合点不完整等，所以必须有一种有效的
参数设置方法，为引线键合工艺设计提供依据。
2 键合原理[3]
丝焊键合技术分为三步：一是用外力将焊丝压倒在焊接区的表面上；二是提供焊接能量，热压焊用热能、超声焊用超声能量、热超声焊使用超声能和热能的组合；三是施加压力和能量后使金属表面产生塑性变形与分子扩散，从而使两种金属牢固地焊接在一起。
丝焊键合的方式有球焊和平焊（楔焊）两种。
本文使用楔形劈刀进行楔焊，外形如图1所示。
楔形劈刀一般用陶瓷、碳化钨或碳化钛制成。
键合力的作用就是使金线与基框的键合表面紧密地接触在一起，是键合不可或缺的一部分。
在保证超声输出功率与温度等因素不变的条件下，在一定的键合力范围内，键合强度与键合力的大小成正比，其他范围则成反比。
键合力的大小还会影响到键合界面是否发生滑移或微滑。
键合时间是一次键合过程中超声开始到超声结束的时间间隔，只有在合理的键合时间范围内才能形成良好的焊接，过短的时间会导致剥离，过长会导致根切现象。
其本质就是控制超声能量的输入。
超声功率与键合强度的关系大致为：当超声功率小于某一个值时，增大超声功率有利于提高键合强度；当超声功率大于某一个值时，增加超声功率将降低键合强度，并增加键合强度的离散程度。
当超声功率大到一定程度时，键合强度就变得毫无规律，当超声功率处于上述两值之间时，能够产生比较稳定的具有足够强度的键合。
3 试验过程设计
3.1 试验设备及材料
试验设备为West bond 7476E型手动键合机。
该型手动键合机具有操作方便、参数设置简单的特点，获得了较为广泛的应用。
楔形劈刀选用Deweyl公司生产的KNL-V系列CG型劈刀。
CG型劈刀的特点是
在键合平面上有一凹槽，键合时可以增大摩擦，减少超声能量的损失，有助于完成
有效的键合。
图1 Deweyl公司的CG型劈刀
基板由Dupont 951生瓷材料经LTCC工艺加工而成，工艺流程如图2所示[4]。
由于微波传输的需要，表层导带通常由金浆料印制烧结，且厚度保持在10μm左右，烧成后的LTCC基板如图3所示。
图2 LTCC工艺流程图
图3 LTCC基板
3.2 试验过程
根据键合工艺的参数设置选择超声时间、超声功率和键合力作为影响键合强度的影响因素，采用七因素两水平安排实验，形成L8（27）因素水平表（见表1），最后一列作为误差估计。
每一水平键合两根金丝，用WEST BOND 70PTE拉力测试机进行键合强度测试，将测试值分别填入表格中。
各因素水平变化对试验指标影响的大小，可用该因素各水平间的极差R表示。
这是由于正交表具有搭配均匀的特性，如表2所示。
A列上的拉力Kj1和Kj2的差异可认为主要由A列上的不同水平引起的；同样B列、C列、D列、E列、F列上的拉力间差异也可认为主要是由B列、C列、D列、E列、F列上的不同水平引起的。
表1 正交试验L8（27）因素水平表
表2 正交试验方法与结果
4 数据分析
根据正交试验分析方法，分别从极差和方差角度对数据结果进行分析。
4.1 极差分析
从正交试验的计算结果来看，第一点的超声功率和第二点超声时间对键合强度影响最大，其次是第一点键合力。
理论上讲，两个键合点的参数应当比较接近，第二键
合点因为兼顾到断丝，一般参数上比第一点大一些就可以了。
实际上，键合时除了设定第一点和第二点键合参数，还会利用操纵杆完成引线的成弧，线弧一般不会是相对于两点对称的圆弧形，从第一键合点到达拱弧最高点的斜率会大一点，根据力的合成与分解原理[5]，从拱弧最高点测定键合强度时第一点的贡献会更大。
因此，第一键合点的参数设置尤为关键，它对提高键合拉力测试值作用明显。
4.2 方差分析
应用方差计算公式，查F临界值，判断各因素对键合拉力测试值的影响，所得结
果与极差计算一致。
表中B、C、D三因素所得F值均比F0.05（1，9）大，说明其对键合拉力测试值的影响显著。
4.3 验证试验
利用试验得出的参数组合A1B1C1D1E1F2进行键合试验，所得键合拉力测试值均在6.0g以上，满足军标要求。
表3 方差计算
5 总结
本文给出了正交试验优化LTCC基板上金丝楔焊的实现过程，利用较少的试验次数获得了较满意的试验结果。
LTCC基板上金丝楔焊拉力测试值受第一点的超声功率和第二点超声时间对键合强度影响最大，其次是第一点键合力；优化后的参数组合是A1B1C1D1E1F2。
参考文献：
[1] 李孝轩，丁友石，严伟. 统计过程控制用于金丝键合质量控制研究[J]. 电子工艺技术，2009，30（6）： 346-348.
[2] 胡蓉，徐榕青，李悦. 微波电路引线键合质量的影响因素分析[J]. 电子工艺技术，2009，30（2）：92-95.
[3] 晁宇晴，杨兆建，乔海灵. 引线键合技术[J].电子工艺技术，2007，28（4）：
205-210.
[4] 郎鹏. 微组装中的LTCC基板制造技术[J].电子工艺技术，2007，29（1）：16-18.
[5] 刘春芝，贺玲，刘笛. 键合拉力测试点对键合拉力的影响分析[J].电子与封装，2008，8（5）：9-11.
[6] 何为. 优化试验设计法及其在化学中的应用（第二版）[M].成都：电子科技大学出版社，2004.3-43.
[7] 旷仁雄，谢飞. 25μm Au丝引线键合正交试验研究[J]. 半导体技术，2010，35（4）：369-372.
[8] 李杰. 军用HIC线键合常见可靠性问题的解决方案[J]. 集成电路通讯，2008，26（2）：41-48.。