Bonding 技术介绍[理论实操]

1、 Wire Bonding 工艺介绍 1行业进步 1 Wire Bonding 是什么？是什么？ Wire Bonding (压焊，也称为帮定，键合，丝焊) 是指使用金属 丝（金线等），利用热压或超声能源，完成微电子器件中固态电 路内部互连接线的连接，即芯片与电路或引线框架之间的连接。 2行业进步 压焊放大图 3行业进步 2 Wire Bonding 的方式：的方式： Wire Bonding 的方式有两种： Ball Bonding(球焊)和 Wedge Bonding (平焊/楔焊) 2.1 Ball Bonding ( 球焊）球焊） 金线通过空心夹具的毛细管穿出，然后经过电弧放电使伸出

2、部分熔化，并在表面张力作用下成球形，然后通过夹具将球压焊 到芯片的电极上，压下后作为第一个焊点，为球焊点，然后从第 一个焊点抽出弯曲的金线再压焊到相应的位置上，形成第二个焊 点，为平焊（楔形）焊点，然后又形成另一个新球用作于下一个 的第一个球焊点。 4行业进步 Ball Bonding 图 5行业进步 2.2 Wedge Bonding （平焊（平焊/楔焊）楔焊） 将两个楔形焊点压下形成连接，在这种工艺中没有球形成。 Wedge Bonding 图 6行业进步 7行业进步 2.3 球焊和平焊的主要区别： 2.3.1 两者的焊点结构 2.3.1.1 球焊的第一个焊点为球焊点，第二个为平焊点 2.

3、3.1.2 平焊（楔焊）的两个焊点都为平焊点 Ball Bonding 焊点示意图 8行业进步 Wedge Bonding 焊点示意图 9行业进步 2.3.2 两者所用压焊头 2.3.2.1 球焊选用毛细管头；焊点是在热(一般为100-500)、超声 波、压力以及时间的综合作用下形成的。 2.3.2.2 平焊选用楔形头；焊点是在超声波能、压力以及时间等参 数综合作用下形成的。 一般在室温下进行。 球焊用毛细管头示意图 10行业进步 11行业进步 平焊用楔形头示意图 12行业进步 13行业进步 2.3.3 两者的操作流程 2.3.3.1球焊流程示意图 14行业进步 15行业进步 16行业进步 1

4、7行业进步 3 Wire bonding 所需的设备及物料： 3.1 压焊机（平焊机及球焊机） 3.1.1 平焊机 18行业进步 19行业进步 3.1.2 球焊机 20行业进步 21行业进步 3.2 压焊头 压焊头一般选用耐磨，耐氧化，容易清洁的材料。 3.2.1 球焊使用毛细管头 毛细管头一般用陶瓷或钨制成。 22行业进步 3.2.2 平焊使用楔形头 楔形头一般用陶瓷，钨碳合金或钛碳合金制成。 23行业进步 3.3 金属线 目前，最常用的是金线( Au ,Cu)和铝线( Al , 1%Si/Mg)。 最常用的金属线的直径为： 25 30 m 3.3.1 金线压焊用于大批量生产的场合，这种工艺

5、速度较快，但目 前金线压焊的间距极限为 75m，金线压焊需要光滑、洁净的焊 接表面。表面的干净程度会影响焊接的可靠性。 金线主要用在球焊和平焊工艺中。 由于金线在热压下更容易变形，在电弧放电下更容易成球形， 故在球焊中广泛使用。 同时，由于完成压焊之后，金的特性较稳定，特别适合密封 包装中，故在微波器件中，金线的平焊用处最广。 3.3.2 铝线压焊则用于封装或PCB不能加热的场合。有更精细的间 距。采用细铝线压焊可以达到小于60m（50 m）的间距。 铝线主要用于平焊工艺。费用较低。 24行业进步 4 压焊的工序控制： 有效的对压焊进行工序控制，必须从以下几方面着手： 4.1 压焊机的设置 超

6、声波能量 压力 时间 温度 金属线的弯曲形状 高度及焊接工艺 根据压焊的几何学原理决定 毛细管的形状，尺寸，材料 直接影响压焊的最后形状 压焊机的压焊速度 产量的考虑 4.2 洁净要求及环境条件 工作间的清洁 100000 级净化环境 工具的清洁 工作台的振动 照明 温湿度 金线的储存条件 N2 4.3 焊接表面的清洁 氩等离子 微量的污染都会影响 紫外线 可靠性和焊接性 溶剂清洁 4.4 压焊金属线的物理性质 金属线的硬度 金属线的拉伸强度 合金成分 25行业进步 26行业进步 只有充分考虑以上因素，才能有效控制压焊工序，才能获得高精度， 高可靠性，高强度，和有竞争力价格的压焊产品。 目前，

7、主要的方法是通过对拉力测试值，焊球剪切测试值进行 SPC( 统计工序控制 )及外观检查来控制。 5 丝线压焊生产工艺特点： 5.1 焊接工艺操作空间有限 5.2 在操作之前，必须确认球焊和平焊的使用 5.3 通常，压焊的第一个压焊点在芯片上，第二点在引线框架或基层上 5.4 平焊压焊工艺可以代替球焊压焊的场合 5.5 平焊允许的焊盘的间距为75m 5.6 球焊允许的焊盘的间距大于125m 5.7 全显微状态下工作 5.8 严格的 ESD 要求及环境,元器件的清洁净化要求 5.9 严格的物料存储如金线（ 放在干燥的N2环境中，减小湿度的影响 ） 5.10 一般，球焊的第一个焊点要比第二个位置要高

8、 5.11 压焊工艺返修简单，但受制于操作空间27行业进步 6 压焊工艺的评估： 通常，对压焊效果的评估有两种方法： 外观检查及机械测试 6.1 外观检查 外观检查主要通过光学显微镜，电子显微扫描（SEM），X 射线探测等 手段来实现。 SEM 探测图（良好的球焊效果及月牙形的尾部） 28行业进步 6.2 机械测试 最常用的机械测试方法有两种： 拉力测试和焊球剪切测试 6.2.1 拉力测试示意图 29行业进步 6.2.2 焊球剪切测试示意图 30行业进步 7 压焊工艺的缺陷介绍： 在压焊工艺中，主要会产生以下缺陷，这些缺陷都将严重影响焊接的 质量和焊接的可靠性。 7.1 焊接/键合过程中的清洁

9、/洁净度问题 7.2 压焊效果的缺陷 7.2.1 “ 弹坑 ” 现象 31行业进步 7.2.2 “ 破裂 ” 现象 7.2.3 不一致的 ” 尾巴 “ 现象 7.2.4 ” 剥离 “ （ 焊接不牢 ）现象 32行业进步 8 压焊技术的发展历史： 8.1 1957年，贝尔实验室首先展示了压焊技术。 8.2 随着微电子技术的不断发展，压焊技术也得到了全面发展，主 要表现在以下几个方面： 8.2.1 全自动设备已应用于压焊工序 8.2.2 压焊的各项参数都可以精确的进行监控 8.2.3 压焊的速度已达到 100125ms/焊接 8.2.4 压焊的最小间距已达到 50微米 8.2.5 通过改良压焊头的结构及相应工序，大大提高了压焊的可靠性 33行业进步 9 压焊技术的应用： 由于压焊工艺具有高可靠性，高品质，工艺成熟，操作简单， 成本低廉等优点，目前广泛应用于微电子封装领域，在世界半导体 元器件行业中，90%采用压焊技术，其中，采用球焊工艺的占93%， 平焊工艺的占5%。主要表现在以下领域： 8.1 陶瓷和塑料球栅阵列封装的元器件，如 PBGA 8.2 陶瓷和塑料象限扁平封装的元器件，如 PQFP 8.3 小芯片尺寸的封装器件及多芯片模块，如 CSP，COB，MCM 8.4 场效应晶体管放大器