引线键合详解.概要
元器件的互连封装技术—引线键合技术
应用范围
低成本、高可靠、高产量等特点使得它成为芯片 互连的主要工艺方法，用于下列封装：
• 陶瓷和塑料BGA、单芯片或者多芯片 • 陶瓷和塑料 (CerQuads and PQFPs) • 芯片尺寸封装 (CSPs) • 板上芯片 (COB)
芯片互连例子
采用引线键合的芯片互连
两种键合焊盘
球形键合
铝合金线为超音波最常见的线材；金线亦可用于超音 波接合，它的应用可以在微波元件的封装中见到。
楔形键合
其穿丝是通过楔形劈刀 背面的一个小孔来实现 的，金属丝与晶片键合 区平面呈30～60°的角 度，当楔形劈刀下降到 焊盘键合区时，楔头将 金属丝按在其表面，采 用超声或者热声焊而完 成键合。
超音波接合只能产生楔形接点(Wedge Bond)。它所能 形成的形成的连线弧度(称为Profile)与接点形状均小于其 他引线键合方法所能完成者。因此适用于焊盘较小、密度 较高的IC晶片的电路连线；但超音波接合的连线必须沿著 金属迴绕的方向排列，不能以第一接点为中心改变方向， 因此在连线过程中必须不断地调整IC晶片与封装基板的位 置以配合导线的迴绕，不仅其因此限制了键合的速度，亦 较不利于大面积晶片的电路连线。
元器件的互连封装技术 —引线键合技术
Review
电子封装始于IC晶片制成之 后，包括IC晶片的粘结固定、电 路连线、密封保护、与电路板之 接合、模组组装到产品完成之间 的所有过程。
电子封装常见的连接方法有 引线键合(wire bonding，WB)、载 带自动焊（tape automated bonding, TAB）与倒装芯片(flip chip, FC)等 三种，倒装芯片也称为反转式晶 片接合或可控制塌陷晶片互连 (controlled collapse chip connection ,C4 ) 。
引线键合
引线键合(wire bonding，WB)引线键合的定义：用金属丝将芯片的I/O端（内侧引线端子）与相对应的封装引脚或者基板上布线焊区（外侧引线端子）互连，实现固相焊接过程，采用加热、加压和超声能，破坏表面氧化层和污染，产生塑性变形，界面亲密接触产生电子共享和原子扩散形成焊点，键合区的焊盘金属一般为Al或者Au等，金属细丝是直径通常为20~50微米的Au、Al或者Si—Al丝。
历史和特点1957 年Bell实验室采用的器件封装技术，目前特点如下：• 已有适合批量生产的自动化机器；• 键合参数可精密控制，导线机械性能重复性高；• 速度可达100ms互连（两个焊接和一个导线循环过程）；• 焊点直径：100 μｍ↘ 50μｍ，↘ 30 μｍ；• 节距：100 μm ↘55 μm，↘35 μm ；• 劈刀(Wedge,楔头)的改进解决了大多数的可靠性问题；• 根据特定的要求，出现了各种工具和材料可供选择；•已经形成非常成熟的体系。
应用范围低成本、高可靠、高产量等特点使得它成为芯片互连的主要工艺方法，用于下列封装（适用于几乎所有的半导体集成电路元件，操作方便，封装密度高，但引线长，测试性差）1.陶瓷和塑料BGA、单芯片或者多芯片2.陶瓷和塑料 (CerQuads and PQFPs)3.芯片尺寸封装 (CSPs)4.板上芯片 (COB)两种键合焊盘1.球形键合球形键合第一键合点第二键合点2.楔形键合楔形键合第一键合点第二键合点三种键合（焊接、接合）方法引线键合为IC晶片与封装结构之间的电路连线中最常使用的方法。
主要的引线键合技术有超音波接合（Ultrasonic Bonding, U/S Bonding）、热压接合(Thermocompression Bonding,T/C Bonding)、与热超音波接合(Thermosonic Bonding, T/S Bonding)等三种。
机理及特点1.超声焊接：超音波接合以接合楔头(Wedge)引导金属线使其压紧于金属焊盘上，再由楔头输入频率20至60KHZ，振幅20至200μm，平行于接垫平面之超音波脉冲，使楔头发生水平弹性振动，同时施加向下的压力。
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。
引线键合（WireBonding）
引线键合（WireBonding）引线键合(Wire Bonding)——将芯片装配到PCB上的方法 | SK hynix Newsroom结束前工序的每一个晶圆上，都连接着500~1200个芯片（也可称作Die）。
为了将这些芯片用于所需之处，需要将晶圆切割(Dicing)成单独的芯片后，再与外部进行连接、通电。
此时，连接电线（电信号的传输路径）的方法被称为引线键合（Wire Bonding）。
其实，使用金属引线连接电路的方法已是非常传统的方法了，现在已经越来越少用了。
近来，加装芯片键合（Flip Chip Bonding）和硅穿孔（Through Silicon Via，简称TSV）正在成为新的主流。
加装芯片键合也被称作凸点键合（Bump Bonding），是利用锡球（Solder Ball）小凸点进行键合的方法。
硅穿孔则是一种更先进的方法。
为了了解键合的最基本概念，在本文中，我们将着重探讨引线键合，这一传统的方法。
一、键合法的发展历程图1. 键合法的发展史：引线键合(Wire Bonding)→加装芯片键合(Flip Chip Bonding)→硅穿孔（TSV）下载图片为使半导体芯片在各个领域正常运作，必须从外部提供偏压（Bias voltage）和输入。
因此，需要将金属引线和芯片焊盘连接起来。
早期，人们通过焊接的方法把金属引线连接到芯片焊盘上。
从1965年至今，这种连接方法从引线键合(Wire Bonding)，到加装芯片键合(Flip Chip Bonding)，再到TSV，经历了多种不同的发展方式。
引线键合顾名思义，是利用金属引线进行连接的方法；加装芯片键合则是利用凸点（bump）代替了金属引线，从而增加了引线连接的柔韧性；TSV作为一种全新的方法，通过数百个孔使上下芯片与印刷电路板（Printed Circuit Board，简称PCB）相连。
二、键合法的比较：引线键合(Wire Bonding)和加装芯片键合(Flip Chip Bonding)图2. 引线键合(Wire Bonding) VS加装芯片键合(Flip Chip Bonding)的工艺下载图片三、引线键合（Wire Bonding）是什么？图3. 引线键合的结构（载体为印刷电路板（PCB）时）下载图片引线键合是把金属引线连接到焊盘上的一种方法，即是把内外部的芯片连接起来的一种技术。
集成电路封装中的引线键合技术研究
集成电路封装中的引线键合技术研究摘要：本文以集成电路封装系统为研究对象，对其中的引线键合技术的工艺内容进行研究分析。
在简要介绍引线键合技术基础的前提下，分析多种类型的键合技术，并重点在键合技术基础条件上，就温度、时间、键合工具、引线材料、键合机理这四方面内容进行细化说明。
关键词：集成电路；封装处理；引线缝合引言集成电路封装技术，受到电气设备高速发展的影响，在行业领域与科技条件的带动下，呈现出了高速率的发展条件。
为了适应整体行业的发展状态，需要对其中的技术条件进行升级，尤其在键合技术内容中，需在简要介绍基本概念内容的基础上，引出整体技术应用要点，为相关研究提供参阅材料。
一、引线键合技术概述引线键合技术，将技术细线作为材料与技术基础，通过对热、压力、超声波等能量条件的利用，实现金属引线与基板焊盘之间的紧密焊合状态。
此项技术，是芯片技术领域中极为常见的技术手段，是维护电力互联状态、执行信息通信功能的基础性技术条件。
在理性的控制状态下，引线与极板之间，会出现电子共享或原子扩散，并在联众金属间，出现原子量级的键合状态。
功能属性上，引线键合技术，将核心元件作为工作对象，对其行使导出与引入功能，以此展示自身技术条件在集成电路封装中的技术应用价值。
二、多类型键合技术分析集成电路的设置，可以分为多道操作工艺，并在磨片、划片、装片、烘箱、键合、塑封等多项技术工序中，完成整体的技术管理。
在IC封装技术条件下，芯片与引线之间的连接状态，是电源与信息号连接的基础，在连接方式上，呈现出倒装焊、载带自动焊、引线键合三种技术类型。
在应用条件上，引线键合表现出明显的技术优势。
而在传统封装条件下，引线键合技术也表现出一定的特异化内容，通常会使用球形焊接的流程工艺形式。
球形焊接技术，首先要设置第一点焊接，并将其位置固定在芯片表面。
然后通过线弧的成型处理，引导出第二点焊接，并将其设置在引线框架或者基板的表面。
技术原理上，通过离子化的空气间隙，引导出“电子火焰熄灭”现象，并在形成金属球的过程中，产生所谓的自由空气球，表现出技术条件下独有的特征属性。
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。
引线键合
热压焊：金属线过预热至约300至400℃的氧化铝(Al2O3)或 碳 化 钨 （ WC） 等 耐 火 材 料 所 制 成 的 毛 细 管 状 键 合 头 （Bonding Tool/Capillary,也称为瓷嘴或焊针），再以电火 花或氢焰将金属线烧断并利用熔融金属的表面张力效应使 线之末端成球状（其直径约金属线直径之2倍），键合头 再将金属球下压至已预热至约150至250℃的第一金属焊盘 上进行球形结合（Ball Bond）。在结合时，球点将因受压 力而略为变形，此一压力变形之目的在于增加结合面积、 减低结合面粗糙度对结合的影响、穿破表面氧化层及其他 可能阻碍结合之因素，以形成紧密之结合。
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底面角
4 degree 专门设计用于解决8度或者0度的问题， 建议使用小的键合头
8 degree 一般用途，很好的第二键合点丝线截断能力 15 degree 仅仅用于热压焊，使用较少
30
5
键合头直径 （T）
主要影响第二键合点的强度， 在允许的范围内应该尽可能大， 小键合头适合于较密（细间距） 键合， 小键合头适合于手工操作。
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36
6
2013/1/14
铝丝
• 纯铝太软而难拉成丝，一般加入 1% Si 或者1% Mg以提 高强度。 • 室温下1% 的Si 超过了在铝中的溶解度，导致Si的偏析， 偏析的尺寸和数量取决于冷却数度，冷却太慢导致更多 的Si颗粒结集。Si颗粒尺寸影响丝线的塑性，第二相是疲 劳开裂的萌生潜在位置。 • 掺1%镁的铝丝强度和掺1% 硅的强度相当。 • 抗疲劳强度更好，因为镁在铝中的均衡溶解度为2%,于 是没有第二相析出。
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2013/1/14
键合头镀层
光滑涂层 • 较长的使用寿命 ， • 要进行抛光 ， • 使得第二键合点光亮， • 减少金属的残留和聚集
引线键合工艺介绍及质量检验
引线键合工艺介绍及质量检验引线键合工艺是一种广泛应用于电子元器件制造的连接技术，它通过金属引线的熔融连接实现芯片与外部电路的连接。
这种工艺具有高可靠性、低成本、高生产效率等优点，因此在电子产业中得到广泛应用。
本文将详细介绍引线键合工艺的过程、质量检验方法及其应用实例。
准备：包括芯片贴装、引线框架设计、选择合适的引线材料和键合设备等。
键合：通过加热或超声波能量使金属引线与芯片和外部电路键合。
检测：对键合后的产品进行外观和功能性检测。
封装：将检测合格的产品进行封装，以保护其内部电路并提高可靠性。
质量检验是保证引线键合工艺成品质量的重要环节。
以下是一些建议的质量检验步骤和方法：外观检测：通过目视或显微镜检查产品外观，判断是否有键合不良、毛刺、断线等问题。
功能性检测：利用检测仪器进行电气性能测试，确保产品在规定范围内正常运行。
X光检测：利用X光无损检测技术对产品内部结构进行观察，以发现潜在的内部缺陷。
可靠性测试：进行环境试验、寿命测试等，以评估产品的长期性能和可靠性。
微处理器封装：在微处理器封装中，引线键合工艺用于将芯片与外部电路进行连接，以确保微处理器能够正常工作。
传感器制造：在传感器制造中，引线键合工艺用于将敏感元件与信号处理电路进行连接，以提高传感器的精度和可靠性。
医疗设备制造：在医疗设备制造中，引线键合工艺用于将电子元件与医疗器械进行连接，以确保医疗器械的安全性和有效性。
引线键合工艺作为电子元器件制造中重要的连接技术，具有不可替代的地位。
通过对其工艺过程的了解和对其质量检验方法的掌握，有助于提高电子元器件制造的整体水平和产品的可靠性。
随着科技的不断发展，我们有理由相信，引线键合工艺将继续在未来的电子产业中发挥重要作用。
超声引线键合点是指通过超声波振动将金属导线与芯片或基板连接起来的连接点。
超声引线键合点的形态包括圆形、椭圆形、扁平形等，其中圆形是最常见的形态。
超声引线键合点的形态受多种因素影响，如键合工艺参数、金属导线材料、芯片或基板材料等。
引线键合技术
引线键合技术
引线键合技术是一种微电子制造中常用的连接技术，其主要原理是通过高温、高压下将金属线与芯片内部电路连接起来。
这种技术具有高可靠性、高密度、低成本等优点，已经成为现代电子制造领域中不可或缺的一部分。
引线键合技术主要分为金线键合和铜线键合两种。
其中，金线键合适用于高端芯片，其使用金属线作为连接材料，可以实现更高的导电性能和更好的耐腐蚀性。
而铜线键合则适用于低端芯片，其使用铜线作为连接材料，成本更低，但相对导电性能和耐腐蚀性略有不足。
引线键合技术的发展是电子制造业不断进步的重要标志。
随着科技的不断发展，引线键合技术也在不断升级，成为连接芯片和封装的主流技术之一。
未来，引线键合技术将会更加高效、智能化，为电子制造业的发展带来更大的推动力。
- 1 -。
芯片互连-引线键合技术
引线键合技术分类
常用引线键合方式有三种： 热压键合<TCB> 超声键合<USB> 热超声波（金丝球）键<TSB>
热压键合作用机理
利用加压和加热，使金属丝与焊区接触面原子间 达到原子引力范围，实现键合。一端是球形，一 端是楔形 ，常用于Au丝键合。
1
2
压头下降，焊球被锁定在端部中央
在压力、温度的作用下形成连接
3
4
压头上升
压头高速运动到第二键合点，形成弧形
第 一 键 合 点 的 形 状
5
6
在压力、温度作用下形成第二点连接
压头上升至一定位置，送出尾丝
7
8
夹住引线，拉断尾丝
引燃电弧，形成焊球进入下一键合循环
第二键合点
球形焊点
契形焊点
丝球焊点形状
热压球焊点的外观
超声键合作用机理
超声波发生器使劈刀发生水平弹性振动，同时施加向下压 力。劈刀在两种力作用下带动引线在焊区金属表面迅速摩 擦，引线发生塑性变形，与键合区紧密接触完成焊接。常 用于Al丝键合，键合点两端都是楔形 。 热超声键合（金丝球）：用于Au和Cu丝的键合。采用超 声波能量，键合时要提供外加热源。
超声压头
Al 丝
加压 超声波（第一次键合）
2. 键合
拉引
3. 定位（第2次键合）
4. 键合－切断
超声键合法工艺过程
超声键合实物图
引线键合接点外形
球形键合
第一键合点
第二键合点
楔形键合
第一键合点
第二键合点
引线键合技术实例
采用导线键合的芯片互连
特点及应用范围
低成本、高可靠、高产量等特点使得WB成为芯片互 连主要工艺方法，用于下列封装: · 陶瓷和塑料BGA、SCP和MCP · 陶瓷和塑料封装QFP · 芯片尺寸封装 (CSP)
引线键合详解ppt课件
1.3 历史和特点 1957年Bell实验室采用的器件封装技术,目前特 点如下: 已有适合批量生产的自动化机器, 键合参数可精密控制,导线机械性能重复性高 速度可达100-125ms/互连(两个焊接和一个导 线循环过程) 间距达50 um 而高度可低于 劈刀的改进解决了大多数的可靠性问题 根据特定的要求,出现了各种工具和材料可供 选择 已经形成非常成熟的体系
成都工业学院 微电子专业 10241 07 王倩
第一章 概论
1.1 简介 1.2 工艺方法
1.2.1 超 声焊接
1.2.2 热 压焊接
1.2.3 热
声第焊二接章 1.线3 材特点
2.1 纯金属 2.1.1
金丝 2.1.2
铝丝 2.1.3
铜丝
2.2 金属冶金系 2.2.1 Au-
Au系 2.2.2 Au-
4.1.2 焊盘产生弹坑 4.1.3 键合点开裂和翘起
4.1.3.1 开裂原因 4.1.4 键合点尾部不一致 4.1.5 键合点剥离 4.1.6 引线框架腐蚀
4.2 可靠ห้องสมุดไป่ตู้失效
第五章 清洗
4.2.1 IMC的形 成
5.1 概述 5.2 清洗方
法 4.2.1.1 原因
5.2.1
4.2.1.2 疲劳
空洞形成
等第离六子章体清应洗用
4.2.2 丝线弯曲紫外臭氧清洗
6.1 范围5.2.2 6.2 实例
4.2.3 键合点翘 第七章 未来发展
起
4.2.4 键合点腐
蚀
4.2.5 金属迁移
4.2.6 振动疲劳
第一章
1.1 简介
用金属丝将芯片的I/O端与对应的封装引脚或者基板上布线焊区互连,固相焊 接过程,采用加热、加压和超声能,破坏表面氧化层和污染,产生塑性变形,界面亲 密接触产生电子共享和原子扩散形成焊点,键合区的焊盘金属一般为Al或者Au等, 金属细丝是直径为几十到几百微米的Au、Al或者Si-Al丝。
引线键合的失效机理
引线键合的失效机理小组成员：08521201樊量：什么是引线键合，常用的焊线方法08023205高乐：键合工艺差错造成的失效08023207王全：热循环使引线疲劳而失效08023208高灿：金属间化合物使Au—Al系统失效08023214徐国旺：内引线断裂和脱键产生的原因及其影响08023215冯超：内引线断裂和脱键产生的原因及其影响08023130黄宏耀：键合应力过大造成的失效目录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。
第二讲微系统封装技术-引线键合
• 贴片：Die Bonding • 引线键合：Wire Bonding
贴片
• 贴片工艺：将芯片通过焊料或胶贴装到 金属引线框架上使芯片与引线框架固连 的过程。
表列举常用贴片用胶的性能；
优 点
名 称 酚酰树脂类[Phenolics] 聚胺脂类 [Polyurethanes 聚酰胺树脂类 [Polyamides] 聚酰亚胺类 [Polyimides] 有机硅树脂类 [Silicons] 连接强度非常高 返工容易 返工容易 大多数用于结构连接，固化 温度较高，有一定腐蚀性. 不适用高于120℃，较高放 气率,易分解。 较高的吸湿性及放气性当组 件暴露在高湿气氛中，电绝 缘性变化 固化温度高，需溶剂作为载 体。中-低连接强度 温度膨胀系数高， 腐蚀性浸析性和放气 性，与粘结剂固化温度有关 低放气性• 在潮湿或温度上 升 150℃]，连接强度降低。
白斑：Au2Al
键合强度（破坏性键合拉力试验）
试验条件 引线成分 和直径 结构 最小键合强度N 密封前 A A A A A A A B Al 18μ m Au 18μ m Al 25μ m Au 25μ m Al 32μ m Au 32μ m Al 33μ m Au 33μ m Al 38μ m Au 38μ m Al 50μ m Au 50μ m Al 76μ m Au 76μ m 各种规格 引线 引线 引线 引线 引线 引线 引线 倒装片 0.015 0.02 0.025 0.03 0.03 0.04 0.03 0.04 0.04 0.05 0.054 0.075 0.12 0.15 0.05×键合数 密封后 0.010 0.015 0.015 0.025 0.02 0.03 0.02 0.03 0.025 0.04 0.04 0.054 0.08 0.12
8.2 引线键合工艺[10页]
![8.2 引线键合工艺[10页]](https://img.taocdn.com/s3/m/92f1776fba1aa8114431d98d.png)
第八章 组装工艺
本章 要点
芯片组装工艺流程 引线键合技术 芯片封装技术
第八章 组装工艺
本章 要点
芯片组装工艺流程 引线键合技术 芯片封装技术
§8.2 引线键合技术
一. 定义和方法
定义：打线键合技术是将细金线（或铜线）按照顺序打在芯片焊盘和封装基板的焊盘或 引脚架上形成芯片互连的一种技术。
膜形成牢固的压焊点 • 提升和移动劈刀 • 压焊引线框架上的压焊点 • 将引线折断
五. 键合质量分析
1.外观检查
检查键合的第一焊点及第二焊点是否符合质量要求
2.推理拉力检测
使用拉力计和推力计分辨检查键合的第一焊点和第 二焊点的牢固性
三. 超声键合
原理：利用磁致伸缩换能器将超声波 能量转 换成机械振动，经变辐杆传 给劈刀，劈刀在对金属施加压力的同 时，带动金属在被焊接的金属表面迅 速摩擦，金属表面产生塑性形变并破 坏表面氧化层，使两个纯净清新的金 属表面紧密接触，形成牢固的焊接。
四. 热超声球键合
操作过程： • 将金丝穿过劈刀的毛细管 • 用氢气火焰使金丝端部熔成金球 • 利用超声键合法使金球与芯片上的电极区金属
方法： 热压键合 超声键合 热超声球键合
二. 热压键合
定义：利用加热和加压，使金属引线和管芯的金属层键 合在一起，并将管芯的电极引线和管座相应的电极处引 线连接起来。 原理：由于金属丝和管芯上的铝层同时受热受压，接触 面产生塑性形变，并破坏界面的愧疚化膜，使两者接触 面接近原子引力范围，产生强烈吸引达到键合，同时金 属引线和金属表面不平整，加压后高低不平处相互填充 而产生强性嵌合作用，使两者紧密接触。
引线键合(电子制造技术ppt)分解
11
影响内引线键合可靠性的因素
界面上绝缘层的形成 金属化层缺陷 表面沾污, 原子不能互扩散 材料间的接触应力不当 环境不良 键合引线与电源金属条之间放电引起失效(静电损伤)
12
改进键合质量的措施
严格器材检验, 认真处理管壳及芯片
加强金属化工艺蒸发的前处理
清洁保护措施
3
三种键合工艺比较
键合温度 超声波 键合工艺 键合压力 （℃） 能量 热压型 超声型 热超声型 高 低 低 300-500 25 100-150 无 有 有 适用 适用 引线材料 焊盘材料 Au Au、Al Au Al、Au Al、Au Al、Au
4
两种键合形式比较
速度 键合形式 键合工艺 键合工具 引线材料 焊盘材料 v/ N·s - 1 球键合 楔键合
超声功率对键合质量和外观影响最大，因为它对键合 球的变形起主导作用。 过小的功率会导致过窄、未成形的键合或尾丝翘起； 过大的功率导致根部断裂、键合塌陷或焊盘破裂。 增大超声功率通常需要增大键合力使超声能量通过键 合工具更多的传递到键合点处
8
引线键合材料
焊接工具
焊接工具负责固定引线、传递压力和超声能量、拉弧 等作用。 楔键合所使用的焊接工具叫楔形劈刀,通常是钨碳或是 碳钛合金,在劈刀尾部有一个呈一定角度的进丝孔; 球键合使用的工具称为毛细管劈刀,它是一种轴形对称 的带有垂直方向孔的陶瓷工具。
热压 热超声
劈刀 楔
Au Au、Al
Al、Au Al、Au
10(热超 声） 4
热超声 超声波
基本步骤：
芯片表面
5
第一焊点，线弧
引线框架/基板
第二焊点
主要工艺参数介绍
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第二章
2.1纯金属
金丝：广泛用于热压和热声焊,丝线表面要光滑和清洁以保证强度和防止丝线堵 塞,纯金具有很好的抗拉强度和延展率,高纯金太软,一般加入约5-10 ppm 重量的 Be或者30-100 ppm的Cu,掺Be的引线强度一般要比掺Cu的高10-20% 。 铝丝：1. 纯铝太软而难拉成丝,一般加入1% Si 或者1% Mg以提高强度。 2. 室温下1% 的Si 超过了在铝中的溶解度,导致Si的偏析,偏析的尺寸和数量取 决于冷却数度,冷却太慢导致更多的Si颗粒结集。Si颗粒尺寸影响丝线的塑性,第 二相是疲劳开裂的萌生潜在位置。 3. 掺1%镁的铝丝强度和掺1% 硅的强度相当。 4. 抗疲劳强度更好,因为镁在铝中的均衡溶解度为2%,于是没有第二相析出。 铜丝：1.最近人们开始注意铜丝在IC键合中的应用, 2.便宜,资源充足, 3.在塑封 中抗波动(在垂直长度方向平面内晃动)能力强, 4.主要问题是键合性问题, 5.比金 和铝硬导致出现弹坑和将金属焊区破坏, 6.由于易氧化,要在保护气氛下键合。
第二章 线材
2.1 纯金属 2.1.1 金丝 2.1.2 铝丝 2.1.3 铜丝
第三章 键合
3.1 键合方式 3.1.1 球形键合 3.1.2 楔形键合 3.1.3 比较 3.2 键合设备
3.3 键合工具 3.3.1 楔形劈刀 3.3.2 毛细管劈刀 3.4 键合点设计 3.4.1 输入因素 3.5 键合参数 3.6 键合评价 3.7 细间距能力比较 3.8 弧度走线方向
第四章 失效
4.1 键合失效 4.1.1 焊盘清洁度 4.1.1.1 卤化物 4.1.1.2 镀层涂覆时的污染 4.1.1.3 硫 4.1.1.4 多种有机物污染 4.1.1.5 其他导致腐蚀或者破 坏可键合性的物质 4.1.1.7 人为因素 4.1.2 焊盘产生弹坑 4.1.3 键合点开裂和翘起 4.1.3.1 开裂原因 4.1.4 键合点尾部不一致 4.1.5 键合点剥离 4.1.6 引线框架腐蚀
1.3 历史和特点 1957年Bell实验室采用的器件封装技术,目前特 点如下: 已有适合批量生产的自动化机器, 键合参数可精密控制,导线机械性能重复性高 速度可达100-125ms/互连(两个焊接和一个导 线循环过程) 间距达50 um 而高度可低于 劈刀的改进解决了大多数的可靠性问题 根据特定的要求,出现了各种工具和材料可供 选择 已经形成非常成熟的体系
4.2 可靠性失效
第五 清洗
5.1 概述 5.2 清洗方法 5.2.1 等离子体清洗 5.2.2 紫外臭氧清洗
4.2.1 IMC的形成 4.2.1.1 原因 4.2.1.2 空洞形成 4.2.2 丝线弯曲疲劳 4.2.3 键合点翘起 第六章 4.2.4 键合点腐蚀 4.2.5 金属迁移 4.2.6 振动疲劳
成都工业学院
微电子专业 10241
07
王倩
第一章 概论
1.1 简介 1.2 工艺方法 1.2.1 超声焊接 1.2.2 热压焊接 1.2.3 热声焊接 1.3 特点
2.2 金属冶金系 2.2.1 Au-Au系 2.2.2 Au-Al 系 2.2.3 Au-Cu系 2.2.4 Au-Ag 系 2.2.5 Al-Al 系 2.2.6 Al-Ag 系 2.2.7 Al-Ni 系 2.2.8 Cu-Al 系 2.3 材料选择 2.3.1 引线 2.3.2 焊盘材料 2.4 选材要求
应用
6.1 范围 6.2 实例
第七章 未来发展
第一章
1.1 简介
用金属丝将芯片的I/O端与对应的封装引脚或者基板上布线焊区互连,固相焊 接过程,采用加热、加压和超声能,破坏表面氧化层和污染,产生塑性变形,界面亲 密接触产生电子共享和原子扩散形成焊点,键合区的焊盘金属一般为Al或者Au等, 金属细丝是直径为几十到几百微米的Au、Al或者Si-Al丝。
2.2金属冶金系
Au-Al 系：1. 是最常见的键合搭配, 2. 容易形成AuAl金属间化合物,如Au 5 Al 2 (棕褐色), Au 4 Al (棕褐色),Au 2 Al (灰色), AuAl (白色), and AuAl 2(深紫色), 3. AuAl 2即使在室温下也能在接触界面下形成,然后转变成其他IMC,带来可靠性 问题 4. 这些IMC晶格常数、机械、热性能不同,反应时会产生物质移动,从而在交 界层形成可见的柯肯达尔效应(Kirkendall voids.),或者产生裂纹。
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。。
Au-Cu 系：1. 金丝键合到铜引脚上情形, 2. 三种柔软的IMC相(Cu 3 Au, AuCu, 和Au 3 Cu)活化能在0.8到1电子伏特之间,它们在高温(200325oC)时候由于柯肯达尔效应容易降低强度, 3. 强度的降低明显取决 于微观结构、焊接质量和铜的杂质含量, 4. 表面清洁度对于可键合性 以及可靠性至关重要,5. 另外如果有机聚合材料用于晶片的连接,那么聚 合材料要在保护气氛下固化以防止氧化。 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。 Al-Ni 系：1. Al-Ni键合使用直径大于75µm的Al线, 以避免发生柯肯达 尔空洞效应。2. 应用于高温功率器件,如航行器的叶片。3. 对于键合区, 多数情况下Ni是通过硼化物或者磺胺溶液化学镀沉积的,而化学镍磷镀 会引入6 至8% 的磷而影响可靠性,但是Ni的氧化也会产生可键合性的 问题。镀Ni的键合应该进行化学清洗。