Wire bond基础知识介绍

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CA（Chamfer Angle）从90°→120°変更来确保Ｂａｌｌ宽度，可使接触面積增 大。 Chamfer角与Ball形状（依据KKC評価結果）
Chamfer角 Chamfer 角 90°（現状 品） Chamfer 角 120°（変更 品）
US Power条件
AVG Ball厚度 （μm） MIN MAX
① Search 動作
从Capillary前端突出的 Wire前端形成Ball
Lead
状態、Capillary对着１ｓｔ Bond位置（Pad表面）的速度会下降（５ ｍｍ／ｓｅｃ－２０ｍｍ／ｓｅｃ）。
Search動作
②１ｓｔ Bonding
②
超声波 荷重 熱
② １ｓｔ Bond Capillary Touch到Pad表面后、随着静荷重、超声波振動的 温度、Ball压着到Pad表面。
W.D.
Min B.P.P.=Tip/2+Tan(CA/2)×(L.H.-B.T.)+W.D/2+A
B.P.P : Bond Pad Pitch （Bond Pad Pitch） L.H. : Loop Height （Loop高度） B.T. : Bond Thickness （Ball圧缩厚度） W.D. : Wire Diameter （Wire径） A : Bonder Accuracy + Operator Accuracy （Bond精度＋Teaching精度）
Wire Bonding 的基礎
目录 １．Wire Bonding種類 ２．Ball Bonding実現手段 ３．Bonding用 Wire ４．Bonding用 Capillary ５．Ball Bonding Process的概要 ６．超声波 ７．FAB（Free Air Ball）形成 ８．Wire Pull Test ９．Wire Bonding稳定化
Bigger CD – Bigger MBD
FAB の Centering
接合時的左右荷重・超 音波振動伝達
CD MBD CA:70(Degree)
CD MBD CA:120(Degree)
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４－３ 根据Bond Pitch所限制的Capillary的寸法仕様（参考）
Ｔ寸法、Corn角 所定的Bond Pitch、是由Loop高度決定
Wire
Ball Bonder （装置技術）
Ball Bonding
Capillary Bonding技術 （Process技術）
3
３．Bonding用 Wire
３－１ Ａｕ Wireの主要特征
主要特征有 在大気中或在水中化学性稳定及非氧化的性質 。 金属中、展延性较好、可加工Bonding用 Wire使用的直径为１０ ～３８μｍ程度的極細線。 吸収Gas极其尐 具有对熱压缩 Bonding最适合的硬度 具有耐樹脂 Mold的Stress的機械性強度 具有銀、銅其次的高電気传导性 电阻率（μΩ・ｃｍ）的比較 Ag（１．６）＜Cu（１．７）＜Au（２．３）＜Al（２．７） 等、具有良好的化学性、機械性的性質
与所要求的Ball圧缩径相比、 Chamfer径过于大
CD
CD 9
４－２ 对Ball Bond直接影響的Capillary寸法仕様（３）
Chamfer角 作为傾向性所定的 Chamfer角：小→Ball Size：小 Chamfer角：大→Ball Size：大
Smaller CD – Smaller MBD
Fine Pad Pitch用上,为Control成小 的Ball Size、Wire径最好是小Hole 径,Wire径的大部分是１．３倍以下
H WD
8
４－２ 对Ball Bond直接影響的Capillary寸法仕様（２）
Chamfer径（ＣＤ） Pad開口部→Ball Size→Chamfer径 Chamfer径过于大的话、Bonding強度有弱的傾向
H CD T CA 7
４－２ 对Ball Bond直接影響的Capillary寸法仕様（１）
Hole径（Ｈ） Hole径是由规定的Wire径（ＷＤ）来決定 標準是Wire径的１．３～１．５倍
WD : Wire Diameter (Wire径) H : Hole Diameter (Hole径)
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⑥2nd Bonding－⑧FAB（Ball）形成
⑥ ⑦ ⑧
随放形成Ball
滑走路的形成
２ｎｄ Bonding
Feed· up
FAB形成
⑥ ２ｎｄ Bond
到达２ｎｄ Bond 点後、根据静荷重、超声波振動的温度 Wire压接 Lead表面。
⑦ Feed Up
２ｎｄ Bond完了後、形成Bonding必要的Ball, 但为了形成必要的、所定的Wire挤出、 上升到Spark为止。
超声波・熱圧缩并用方式
这种方式是为降低Bonding温度为目 的所開発的。 为补充因温度降低导致 熱Energy減 尐的部分而附加超声波Energy Wedge Bonding
Ａｌ、Ａｕ Wire 2
２．影响Ball Bonding的要因
Lead Frame ／基板 接着剤 半導体 Chip Die Bonder Die Bonding Cure
１ｓｔ Bonding
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③－⑤looping
③ ④
吸入Wire Wire陆续挤出
⑤
Looping
③ Looping １ｓｔ Bond完了後、 Capillary向２ｎｄ Bond点 移動的過程中、Capillary上升 ５ｍｍ 左 右、 会陆续挤出形成Loop必要長度以上的 Wire。
④－⑤ Looping 之后Capillary从最高点落到２ｎｄ Bond 点的過程、Ａｕ Wire被吸到Capillary、過剰なWire 到达２ｎｄ Bond 点。
高温破断強度（ｃN）
線径：25μm Bonder：CUB-10 （Reverse無し） ●：高Loop □：中Loop △：低Loop
◇：超低Loop 高温条件： 250℃X20sec 根据Mitsubishi Materials的資料転載
熱影響領域（再結晶領域）
5re的要求、除純度以外 寸法的精度要高（用0.1um制御可能） 表面要圆滑、金属要有光泽 表面不能有灰尘、污染 具有拉伸强度、要有一定的弹性 Curl（卷曲性）要小 Ａｕ Wire前端形成的 Ball的形状要有一定的真圆性 等機能的要求
３－２ Ａｕ Wire的特性
高純度（５Ｎ：９９．９９９％）生金上添加特定的不純物、再经过加工行程調質処理（ 熱処理：Anneal）、作成具备各种特性的Wire。
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高温破断強度与自然Loop高度
ＭＧＳ／ＭＧＭ３ 熱影響領域大、Loop高度高。使用在需要高Loop的Tr或Sensor上。 还使用在用大線形流大電流的Power Tr上。 ＭＧＨ１／ＭＧＨ２／ＭＧＨ３／ＭＧＨ４／ＭＧＭ４ 用在Loop長4mm的Memory等用在尐Pin Package上。
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１．Wire Bonding種類
Wire Bonding
半導体Chip上的接続電極和Packageの外部提取用端子間 用Bonding Wire来连接 要连接的金属之间进行加熱，通过受熱或者超声波振動或 者受两方的影响结合。
Ball Bonding
Ａｕ、Ｃｕ Wire Ball Bonder
熱压缩方式 Bonding温度：３００℃前後 低温化 Bonding温度：２００℃前後
2nd Neck部 Crack発生
荷重过度附加接触面导致破损 Crack発生
→Hill
对Hill Crack、Capillary的OR（Outer Radius）及FA（Face Angle）形状是重要 Point。
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FA（Face Angle）変更0°→8°変更来抑制与接触面過度强加荷重。 OR（Outer Radius）：0.0035inch 同一 用FA変更的Wire Pull強度面确认不到有意差，但如下記图片，2nd Neck部的状態比较稳定。
自然Loop高度（μm）
ＭＧＭ６／ＭＧＭ７ 用在Loop長7mm的Logic等用在多 Pin QFP Package上。 ＭＧＦＬ１／ＭＧＦＬ２／ＭＧＦＬ－Ｂ／ＭＧＦＬ４／ＭＧＦＬ５ 高強度Type的４N Wire、用在最新狭 Pich Pakage(QFP,BGA,CSP)用 途上。可利用高強度、原有的 Wire同等強度得到細線径、可实现 Cost Down。 ＭＧＨ０／ＭＧＨＬ１／ＭＧＨＬ２ 热影响领域小、可形成Loop高度低的 Loop 可使用在TSOP等薄型 Package或S-MCP。 ＭＧＡ１／ＭＧＡ２／ＭＧＡ３／ＭＧＡ４ 具有高強度和高信頼性、是第2世代使用的2N純度金合金 Wire。 尤其是要求60μm Pich以下狭 Pich Bonding的用户、为保证充分 的信頼性、推荐使用合金 Wire的
FA=0°、MIN条件
FA=0°、MAX条件
FA=0°、TYP条件
FA=8°、MIN条件
FA=8°、MAX条件
FA=8°、TYP条件 15
５．Ball Bonding的Process概要
５－１ 超声波熱圧缩的Process概要
①Search動作
①
半導体 Chip
（没有Loop Control的情况）
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４．Bonding用 Capillary
４－１ Capillary的基本
Capillary（Bonding Tool）按下記寸法,被設計・製作的各寸法会压 到Pad的 Ball Size及压到Lead的 Stitch Size,所以需要十分谨慎。
WD
OR
FA
WD : Wire Diameter (Wire径) H : Hole Diameter (Hole径) CD : Diameter (Chamfer径) CA : Chamfer Angle (Chamfer角) OR : Outer Radius FA : Face Angle (Face角) T : Tip (前端径)
⑧ Ball 形成 Capillary 上升到Spark高度後、通过放電,Wire前端形成Ball
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CA LH Tip
B.T B.P.P
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４－４ Ｋｏｄｅｎｓｈｉ Ｃａｐｉｌｌａｒｙ的現状
①1st Ball Lift対策 Ball厚度 SPEC：17±5μm 実測：約30μm
Ball径 SPEC：110±20μm 実測：約90μm
如左図所示、Ball形状 Spec：Ball厚度=17±5μm、Ball径=110±20μm現 状Chamfer角强压US Power在Spec外。还有、Ball径的宽度也小，与Pad 的接触面積也小。将Chamfer角90°→120变更可使Ball形状变大随之 Ball的宽度变宽、与Pad接合面積也能变宽。
30
29 26 33
80
26 23 30
30
14 13 15
80
11 10 12
AVG
Ball径 （μm） MIN MAX
89
83 98
97
92 105
111
105 117
111
104 117
Chamfer Angle： 90°
Chamfer Angle： 120°
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②2nd Neck Open 対策