硅铝丝引线键合可靠性分析
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８ ． ４ １ ５ ２ ． １ ７ ２ ８ ８ ． １ ５ ３ １ ． ２ ６ ０
虽然 压点 区 的 Ｃ、 ０、 Ｍｇ 不 参于键 合 ， 但 当 Ｃ、 ０杂质层 达 到一定 厚度 时 ， 会 造成虚 焊或 脱键 ， 这
是 因为 ０一 Ａ １ 、 Ｏ—Ｓ ｉ 形 成 氧化 薄膜 ， 阻 挡 了引线
声 波键 合 与热压 超声波键 合 。
（ １ ） 热压键合法 的原理是通过低温扩散 和塑 性流动的结合 ， 使原子发生接触 ， 导致固体扩散键 合 。在施加压力 的情况下， 许 多金属材料在低于
它们熔 点 的温度 下也 可 以和其它 金属 结合 。承受 压力 的部 位 ， 在一定的时间、 温 度 和压 力 的条 件 ， 接触 的表 面会发 生塑性 形 变和扩散 。塑 性形 变是 破 坏任何 接触 表 面所 必 需 的 ， 这样 才 能 使 金 属 的
合计
１ ０ ｏ ． ０ ｏ ０
１ ０ ｏ ． ｏ ｏ Ｏ
芯 片压 点 区除含 Ａ ｌ 、 Ｓ ｉ 外， Ｃ、 Ｍｇ的原子 百 分 比为 １ ０ ． ５ ８ ７ ％。
的键 合 ， 除非 把 压焊 功率 和压 力调 大 、 时 间延 长 ， 破 坏芯 片压点 中 的有 害杂 质 薄层 ， 才 能 使 芯 片压 点有 很好 的键合 。但这 种处 理方 法会 因为有 害杂 质层 厚度 的差别 而变 化 ， 稳 定 性 和一 致 性 都 比较 差 。因此 ， 要想 提高 引线键 合质 量 ， 就应 该彻 底 去
羞
第 ３ ２ 卷 第１ 期
合质量。聚酰亚胺（ Ｐ — Ｉ ） 钝化保护层的成本低 ， 操 作简单 ， 但固化时易产生二次污染， 且不易用显微
镜观察到 ， 比如 固化炉 壁上 出现 的棕 黑 色污 染 物 ，
就是 Ｐ—Ｉ 挥发物对 固化炉壁长期污染 的结果 。
原 子百分 比（ ％）
（ 北 方通 用 电子集 团有 限公 司微 电子部 蚌埠 摘
要 ：引线键合 是 集成 电路组 装 的一项 关键技 术 。根据 引线键合 工艺的 原理 ， 深入 分析 了芯 片 、
键合丝Baidu Nhomakorabea 管壳、 工装、 工艺参数等方面对 引线键合的可靠性影响 ， 通过优化试验 ， 从机理和实际工作上提
出了几点 改进 措 施与 方法 ， 以提 高硅 铝 丝 引线键合 的质 量 。
产 品质 量 的一项 重要工 作 。
电极引线 与集成 电路 底座 外引线 连接 在一 起 。因
此， 引线 连接 的好 坏 直 接影 响器 件 制造 的成 品 率 和器件 的稳定性 ， 往 往一 个合格 的 芯片 ， 因为 引线 连 接有 问题 （ 断线 、 虚线 、 短路等） 而报 废 ， 或 者 电 路 在生 产后 的常 温 测试 中性 能 完好 ， 但 经 过 高 温 贮存 、 温 度 冲击 、 机 械振动 等筛 选试验 后 出现 引线 开路等 ， 影 响电路 的成 品率 和可靠 性 。 引线键合 可靠 性是指 引线 连接应 具有 低 的接 触 电阻 、 合适 的机械 强度 、 长期 的金相 稳定 性 和小 的寄 生 参 量 。 引 线 键 合 可 能 在 一 定 的 环 境 （ 温 度、 湿度 、 气氛 ） 下 在 结 合 处 因产 生 界 面 层 或 空 洞、 裂纹 而导致 连接 失效 。
（ ２ ） 超 声波 键 合 是 塑 性 流 动 与 磨擦 的 结 合 ，
３ ２
元素
Ｃ Ｎｇ Ａ １ Ｓ ｉ
鎏 溅
表 １ 测试深度为 ０ ． ５ ｐ ｚ ＇ ｎ的结果 重量百分比（ ％）
３ ． ９ ３ ６ ２ ． ０ ５ ６ ９ ２ ． ６ ２ ９ １ ． ３ ７ ８
表 面之 间融合 ， 从而形 成牢 固的焊 接 。
２ 引 线键 合 概述
引线 键合是 最 通 用 的 芯 片键 合 技术 ， 能 满 足
从消费类大型 电子产 品、 民用产品到军用产 品的 需求 ， 全球超过 ９ ６ ％的 Ｉ ｃ封装都是使用引线键
合 。在 引线键 合 前 ， 需 要采 用 粘 接 材 料将 半 导体 芯 片 的背面 与芯片 载体连 接起 来 。然后 借助 特殊 的键 合 工具 ， 用金 属丝 将集 成 电路 （ Ｉ ｃ） 芯 片 上 的
３ 引线键 合 方 法 与形 式
３ ． １ 引线键 合的 方法
本 文通 过 对 硅 铝 丝 引 线 键 合 工 艺 技 术 的研 究， 分 析影 响 引线 键合 可靠 性 的各种要 素 ， 并提 出 相应对 策 ， 以使其 满足键 合 工艺 的高质 量 、 高可靠
性要求 。
引线键合 工艺 目前 可分 为 ３种 ： 热压键 合 、 超
第３ ２卷第 １ 期
２ ０ １ ４年 ３月
集 戡
遁 讯
Ｖ ｏ １ ． ３ ２ Ｎｏ ． １ Ｍ８ １ ＂ ． ２ ０ １ ４
Ｊ Ｉ ｃＨＥＮＧＤｌ ＡＮＬＵ Ｔ ＯＮＧＸＵＮ
硅 铝 丝 引 线 键 合 可 靠 性 分 析
吴 慧 张 乐银 张 盛 李 彪
２ ３ ３ ０ ４ ２ ）
关 键词 ： 硅 铝 丝 ；引线键 合 ；可 靠性
１ 引 言
随着集成 电路不断 向高性能方 向发展 ， 封装
技 术也 在不 断发 展 变化 ， 以适 应 半 导 体技 术新 工 艺和新 材料 的更 新 速 度 ， 对 元器 件 的可靠 性要 求 也越来越高 ， 在性 能上 除 了要 具 有 长 寿命 、 大 功 率、 高 频率 的特点 ， 还需 要具 有低功 耗 、 耐压 、 耐高 温、 耐低 温 ， 以及 在恶劣 环境 下 的适 应 能力 。在器 件 键合 质量上 就需 要提 出更 高 的要 求 。这就 要求 技术人 员要 深人 研 究 影 响键 合 质 量 的相 关 工 作 。 元器件 键合 点 的任 何 松动 和 脱 落 ， 都 会 导 致 电子 整 机 系统失灵 、 程 序错乱 或 目标丢 失 ， 后 果不 堪设 想 。可见 ， 控制元 器件 键 合 质 量 的可 靠 性 是 保证
虽然 压点 区 的 Ｃ、 ０、 Ｍｇ 不 参于键 合 ， 但 当 Ｃ、 ０杂质层 达 到一定 厚度 时 ， 会 造成虚 焊或 脱键 ， 这
是 因为 ０一 Ａ １ 、 Ｏ—Ｓ ｉ 形 成 氧化 薄膜 ， 阻 挡 了引线
声 波键 合 与热压 超声波键 合 。
（ １ ） 热压键合法 的原理是通过低温扩散 和塑 性流动的结合 ， 使原子发生接触 ， 导致固体扩散键 合 。在施加压力 的情况下， 许 多金属材料在低于
它们熔 点 的温度 下也 可 以和其它 金属 结合 。承受 压力 的部 位 ， 在一定的时间、 温 度 和压 力 的条 件 ， 接触 的表 面会发 生塑性 形 变和扩散 。塑 性形 变是 破 坏任何 接触 表 面所 必 需 的 ， 这样 才 能 使 金 属 的
合计
１ ０ ｏ ． ０ ｏ ０
１ ０ ｏ ． ｏ ｏ Ｏ
芯 片压 点 区除含 Ａ ｌ 、 Ｓ ｉ 外， Ｃ、 Ｍｇ的原子 百 分 比为 １ ０ ． ５ ８ ７ ％。
的键 合 ， 除非 把 压焊 功率 和压 力调 大 、 时 间延 长 ， 破 坏芯 片压点 中 的有 害杂 质 薄层 ， 才 能 使 芯 片压 点有 很好 的键合 。但这 种处 理方 法会 因为有 害杂 质层 厚度 的差别 而变 化 ， 稳 定 性 和一 致 性 都 比较 差 。因此 ， 要想 提高 引线键 合质 量 ， 就应 该彻 底 去
羞
第 ３ ２ 卷 第１ 期
合质量。聚酰亚胺（ Ｐ — Ｉ ） 钝化保护层的成本低 ， 操 作简单 ， 但固化时易产生二次污染， 且不易用显微
镜观察到 ， 比如 固化炉 壁上 出现 的棕 黑 色污 染 物 ，
就是 Ｐ—Ｉ 挥发物对 固化炉壁长期污染 的结果 。
原 子百分 比（ ％）
（ 北 方通 用 电子集 团有 限公 司微 电子部 蚌埠 摘
要 ：引线键合 是 集成 电路组 装 的一项 关键技 术 。根据 引线键合 工艺的 原理 ， 深入 分析 了芯 片 、
键合丝Baidu Nhomakorabea 管壳、 工装、 工艺参数等方面对 引线键合的可靠性影响 ， 通过优化试验 ， 从机理和实际工作上提
出了几点 改进 措 施与 方法 ， 以提 高硅 铝 丝 引线键合 的质 量 。
产 品质 量 的一项 重要工 作 。
电极引线 与集成 电路 底座 外引线 连接 在一 起 。因
此， 引线 连接 的好 坏 直 接影 响器 件 制造 的成 品 率 和器件 的稳定性 ， 往 往一 个合格 的 芯片 ， 因为 引线 连 接有 问题 （ 断线 、 虚线 、 短路等） 而报 废 ， 或 者 电 路 在生 产后 的常 温 测试 中性 能 完好 ， 但 经 过 高 温 贮存 、 温 度 冲击 、 机 械振动 等筛 选试验 后 出现 引线 开路等 ， 影 响电路 的成 品率 和可靠 性 。 引线键合 可靠 性是指 引线 连接应 具有 低 的接 触 电阻 、 合适 的机械 强度 、 长期 的金相 稳定 性 和小 的寄 生 参 量 。 引 线 键 合 可 能 在 一 定 的 环 境 （ 温 度、 湿度 、 气氛 ） 下 在 结 合 处 因产 生 界 面 层 或 空 洞、 裂纹 而导致 连接 失效 。
（ ２ ） 超 声波 键 合 是 塑 性 流 动 与 磨擦 的 结 合 ，
３ ２
元素
Ｃ Ｎｇ Ａ １ Ｓ ｉ
鎏 溅
表 １ 测试深度为 ０ ． ５ ｐ ｚ ＇ ｎ的结果 重量百分比（ ％）
３ ． ９ ３ ６ ２ ． ０ ５ ６ ９ ２ ． ６ ２ ９ １ ． ３ ７ ８
表 面之 间融合 ， 从而形 成牢 固的焊 接 。
２ 引 线键 合 概述
引线 键合是 最 通 用 的 芯 片键 合 技术 ， 能 满 足
从消费类大型 电子产 品、 民用产品到军用产 品的 需求 ， 全球超过 ９ ６ ％的 Ｉ ｃ封装都是使用引线键
合 。在 引线键 合 前 ， 需 要采 用 粘 接 材 料将 半 导体 芯 片 的背面 与芯片 载体连 接起 来 。然后 借助 特殊 的键 合 工具 ， 用金 属丝 将集 成 电路 （ Ｉ ｃ） 芯 片 上 的
３ 引线键 合 方 法 与形 式
３ ． １ 引线键 合的 方法
本 文通 过 对 硅 铝 丝 引 线 键 合 工 艺 技 术 的研 究， 分 析影 响 引线 键合 可靠 性 的各种要 素 ， 并提 出 相应对 策 ， 以使其 满足键 合 工艺 的高质 量 、 高可靠
性要求 。
引线键合 工艺 目前 可分 为 ３种 ： 热压键 合 、 超
第３ ２卷第 １ 期
２ ０ １ ４年 ３月
集 戡
遁 讯
Ｖ ｏ １ ． ３ ２ Ｎｏ ． １ Ｍ８ １ ＂ ． ２ ０ １ ４
Ｊ Ｉ ｃＨＥＮＧＤｌ ＡＮＬＵ Ｔ ＯＮＧＸＵＮ
硅 铝 丝 引 线 键 合 可 靠 性 分 析
吴 慧 张 乐银 张 盛 李 彪
２ ３ ３ ０ ４ ２ ）
关 键词 ： 硅 铝 丝 ；引线键 合 ；可 靠性
１ 引 言
随着集成 电路不断 向高性能方 向发展 ， 封装
技 术也 在不 断发 展 变化 ， 以适 应 半 导 体技 术新 工 艺和新 材料 的更 新 速 度 ， 对 元器 件 的可靠 性要 求 也越来越高 ， 在性 能上 除 了要 具 有 长 寿命 、 大 功 率、 高 频率 的特点 ， 还需 要具 有低功 耗 、 耐压 、 耐高 温、 耐低 温 ， 以及 在恶劣 环境 下 的适 应 能力 。在器 件 键合 质量上 就需 要提 出更 高 的要 求 。这就 要求 技术人 员要 深人 研 究 影 响键 合 质 量 的相 关 工 作 。 元器件 键合 点 的任 何 松动 和 脱 落 ， 都 会 导 致 电子 整 机 系统失灵 、 程 序错乱 或 目标丢 失 ， 后 果不 堪设 想 。可见 ， 控制元 器件 键 合 质 量 的可 靠 性 是 保证