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Bonding 技术介绍.ppt
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75μm
5.6 球焊允许的焊盘的间距大于125μm
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Βιβλιοθήκη 化要求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 工具的清洁
100000 级净化环境
工作台的振动
照明
温湿度
4.3 焊接表面的清洁
金线的储存条件 氩等离子 紫外线
N2 微量的污染都会影响 可靠性和焊接性
溶剂清洁
4.4 压焊金属线的物理性质
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
5.11 压焊工艺返修简单，但受制于操作空间
27
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）
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60μm（50 μm）的间距。 铝线主要用于平焊工艺。费用较低。
24
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
Wire-Bonding工艺以及基本知识 PPT
Capillary的選用：
Hole径（Ｈ）
Hole径是由规定的Wire径ＷＤ（Wire Diameter)
来決定
H
H=1.2~1.5WD
WD
Capillary主要的尺寸：
H：Hole Diameter (Hole径) T：Tip Diameter B：Chamfer Diameter(orCD) IC：Inside Chamfer IC ANGLE：Inside Chamfer Angle FA：Face Angle (Face角) OR：Outside Radius
Die 第一焊点搜索速度1st Search Speed 1
3. 第一焊點接触階段
最初的球形影响参数: 接觸压力和预备功率 Impact Force and Standby Power
1/16 inch 總長L
Capillary尺寸對焊線品質的影響：
1. Chamfer径（ＣＤ） Chamfer径过于大的话、Bonding強度越弱，易造成虛焊.
CD
CD
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
2. Chamfer角（ICA ） Chamfer角：小→Ball Size：小 Chamfer角：大→Ball Size：大
1．Wire Bonding原理
IC封裝中電路連接的三種方式： a. 倒裝焊（Flip chip bonding) b. 載帶自動焊（TAB---tape automated bonding) c. 引線鍵合（wire bonding)
Wire Bonding------引線鍵合技術
Wire Bonding的作用
Wire Bonding的四要素： ➢ Time(時間） ➢ Power(功率） ➢ Force(壓力） ➢ Temperature（溫度）
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。
wire bonding 详细学习资料.ppt
12
Eagle
MACHINE SPECIFICATIONS (III)
•Material Handling System •Indexing Speed 200 – 250 ms @ 0.5 “ pitch •Indexer Resolution 1um •Leadframe Position Accuracy + 2 mil •Applicable Leadframe W = 17 – 75 mm @ bonding area in Y = 65mm
晶片Die
金線 Gold Wire 導線架
Lead fram
3
Wafer Grinding
封裝流程
Wafer Saw
Die Bonding
toaster
Wire Bonding
Die Surface Coating
Molding
Laser Mark
BGA
SURFACE MOUNTPKG THROUGH HOLE PKG
8
X Y Table
•Linear 3 phase AC Servo motor •High power AC Current Amplifier •DSP based control platform •High X-Y positioning accuracy of +/- 1 mm •Resolution of 0.2 mm
(3 leads/frame) •Lead Locator Accuracy + 2.4 um •Post Bond Inspection First Bond, Second Bond
Wire Tracing •Max. Die Level Different 400 – 500 um
Eagle
MACHINE SPECIFICATIONS (III)
•Material Handling System •Indexing Speed 200 – 250 ms @ 0.5 “ pitch •Indexer Resolution 1um •Leadframe Position Accuracy + 2 mil •Applicable Leadframe W = 17 – 75 mm @ bonding area in Y = 65mm
晶片Die
金線 Gold Wire 導線架
Lead fram
3
Wafer Grinding
封裝流程
Wafer Saw
Die Bonding
toaster
Wire Bonding
Die Surface Coating
Molding
Laser Mark
BGA
SURFACE MOUNTPKG THROUGH HOLE PKG
8
X Y Table
•Linear 3 phase AC Servo motor •High power AC Current Amplifier •DSP based control platform •High X-Y positioning accuracy of +/- 1 mm •Resolution of 0.2 mm
(3 leads/frame) •Lead Locator Accuracy + 2.4 um •Post Bond Inspection First Bond, Second Bond
Wire Tracing •Max. Die Level Different 400 – 500 um
Bonding 技术介绍
33
9 压焊技术的应用：
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
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
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 μm
3.3.1 金线压焊用于大批量生产的场合，这种工艺速度较快，但目 前金线压焊的间距极限为 75μm，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60μm（50 μm）的间距。 铝线主要用于平焊工艺。费用较低。
24
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
Bonding 技术介绍
1 Wire Bonding 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
压焊放大图
3
2 Wire Bonding 的方式：
Wire Bonding 的方式有两种：
Ball Bonding(球焊)和 Wedge Bonding (平焊/楔焊)
9 压焊技术的应用：
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
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。
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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 μm
3.3.1 金线压焊用于大批量生产的场合，这种工艺速度较快，但目 前金线压焊的间距极限为 75μm，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60μm（50 μm）的间距。 铝线主要用于平焊工艺。费用较低。
24
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
Bonding 技术介绍
1 Wire Bonding 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
压焊放大图
3
2 Wire Bonding 的方式：
Wire Bonding 的方式有两种：
Ball Bonding(球焊)和 Wedge Bonding (平焊/楔焊)
wire_bonding__介绍
PRESSURE
Ultra
Sonic
Vibration
pad
heat
lead
Formation of a first bond Base
PRESSURE
Ultra Sonic Vibration
pad
heat
lead
Capillary rises to loop height position
pad
WIRE BOND PROCESS INTRODUCTION
CONTENTS
ASSEMBLY FLOW OF PLASTIC IC Wire Bond 原理 M/C Introduction Wire Bond Process Material SPEC Calculator DEFECT
pad
lead
TRAJECTORY
pad
lead
TRAJECTORY
pad
lead
TRAJECTORY
pad
lead
TRAJECTORY
pad
lead
TRAJECTORY
pad
lead
2nd Search Height
pad
Search Speed 2 Search Tol 2
leadpຫໍສະໝຸດ dleadCapillary rises to loop height position
pad
lead
Capillary rises to loop height position
pad
lead
Capillary rises to loop height position
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Ultra
Sonic
Vibration
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heat
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Formation of a first bond Base
PRESSURE
Ultra Sonic Vibration
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heat
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Capillary rises to loop height position
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WIRE BOND PROCESS INTRODUCTION
CONTENTS
ASSEMBLY FLOW OF PLASTIC IC Wire Bond 原理 M/C Introduction Wire Bond Process Material SPEC Calculator DEFECT
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TRAJECTORY
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TRAJECTORY
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TRAJECTORY
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TRAJECTORY
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TRAJECTORY
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2nd Search Height
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Search Speed 2 Search Tol 2
leadpຫໍສະໝຸດ dleadCapillary rises to loop height position
pad
lead
Capillary rises to loop height position
pad
lead
Capillary rises to loop height position
pad
lead
WireBonding
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
Bond直接影響 Capillary寸法仕様 直接影響的 寸法仕様（ ４－２ 对Ball Bond直接影響的Capillary寸法仕様（２）
Chamfer径 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
Wire Bonding 的基礎
目录 １．Wire Bonding種類 種類 ２．Ball Bonding実現手段 実現手段 ３．Bonding用 Wire 用 ４．Bonding用 Capillary 用 ５．Ball Bonding Process的概要 的 ６． 超声波 ７．FAB（Free Air Ball）形成 （ ） ８．Wire Pull Test ９．Wire Bonding稳定化 稳
对Ａｕ Wire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
6
４．Bonding用 Capillary Bonding用
Smaller CD – Smaller MBD
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)
10
根据Bond Pitch所限制的Capillary的寸法仕様（参考） 所限制的Capillary ４－３ 根据Bond Pitch所限制的Capillary的寸法仕様（参考）
Wire-Bonding工艺以及基本知识参考幻灯片
Smaller CD – Smaller
MBD
Bigger CD – Bigger
MBD
CD MBD
CA:70(Degree
)
CD MBD
CA:120(Degre
e)
将Chamfer角由90°变更為120°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。
Chamfer Angle：90°
Chamfer Angle：120°
CONFIDENTIAL
3. OR（Outer Radius）及FA（Face Angle）： 对Hill Crack、Capillary的OR（Outer Radius）及FA（Face Angle）的數值是重要影響因素
2nd Neck部 Crack発生ห้องสมุดไป่ตู้
荷重过度附加接触面导致破损 Crack発生
1/16 inch 總長L
CONFIDENTIAL
Capillary尺寸對焊線品質的影響：
1. Chamfer径（ＣＤ） Chamfer径过于大的话、Bonding強度越弱，易造成虛焊.
CD
CD
CONFIDENTIAL
2. Chamfer角（ICA ） Chamfer角：小→Ball Size：小 Chamfer角：大→Ball Size：大
CONFIDENTIAL
3．Bonding用 Capillary
Capillary的選用：
Hole径（Ｈ）
Hole径是由规定的Wire径ＷＤ（Wire Diameter)
来決定
H
H=1.2~1.5WD
WD
Capillary主要的尺寸：
H：Hole Diameter (Hole径) T：Tip Diameter B：Chamfer Diameter(orCD) IC：Inside Chamfer IC ANGLE：Inside Chamfer Angle FA：Face Angle (Face角) OR：Outside Radius
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Programmable profile, control and vibration modes
11
Eagle
MACHINE SPECIFICATIONS (II) •Vision System •Pattern Recognition Time 70 ms / point •Pattern Recognition Accuracy + 0.37 um •Lead Locator Detection 12 ms / lead
= 17 – 90 mm @ bonding area in Y = 54mm L = 280 mm [Maximum] T = 0.075 – 0.8 mm
晶片Die
金線 Gold Wire 導線架
Lead fram
3
Wafer Grinding
封裝流程
Wafer Saw
Die Bonding
toaster
Wire Bonding
Die Surface Coating
Molding
Laser Mark
BGA
SURFACE MOUNTPKG THROUGH HOLE PKG
12
Eagle
MACHINE SPECIFICATIONS (III)
•Material Handling System •Indexing Speed 200 – 250 ms @ 0.5 “ pitch •Indexer Resolution 1um •Leadframe Position Accuracy + 2 mil •Applicable Leadframe W = 17 – 75 mm @ bonding area in Y = 65mm
(3 leads/frame) •Lead Locator Accuracy + 2.4 um •Post Bond Inspection First Bond, Second Bond
Wire Tracing •Max. Die Level Different 400 – 500 um
•Facilities •Voltage 110 VAC (optional 100/120/200/210/ •220/230/240 VAC
8
X Y Table
•Linear 3 phase AC Servo motor •High power AC Current Amplifier •DSP based control platform •High X-Y positioning accuracy of +/- 1 mm •Resolution of 0.2 mm
9
W/H ASSY
• changeover •·Fully programmable indexer & tracks •·Motorized window clamp with soft close feature •·Output indexer with leadframe jam protection feature • Tool less conversion window clamps and top plate enables fast device
Welding Time (Bond Time)
Welding Tempature (Heater)
THERMAL BONING
Thermal Compressure
Ultrasonic Energy (Power)
7
Bond Head ASSY
• Low impact force •Real time Bonding Force monitoring • High resolution z-axis position with 2.5 micron per step resolution • Fast contact detection • Suppressed Force vibration • Fast Force response • Fast response voice coil wire clamp
Gold wire
pad lead
5
B.PRINCIPLE
PRESSURE VIBRATION
AL2O3
CONTAMINATION GLASS
GOLD BALL
Al SiO2
Si
MOISTURE
6
銲接條件
HARD WELDING
Pressure (Force)
Amplify & Frequecy
Solder Ball Placement
Dejunk TRIM Solder Platinging TRIM/ FORMING
Dejunk TRIM
Packing 4
Wire Bond 原理
Ball Bond ( 1st Bond )
Wedge Bond ( 2nd Bond )
WIRE BOND PROCESS INTRODUCTION
1
CONTENTS
ASSEMBLY FLOW OF PLASTIC IC
Wire Bond 原理
M/C Introduction
Wire Bond Process
Material
SPEC
Calculator
DEFECT
2
封裝簡介
10
Eagle
MACHINE SPECIFICATIONS (I) •Bonding System •Bonding Method Thermosonic (TS) •BQM Mode Constant Current, Voltage, Power and Normal
(Programmable) •Loop Type Normal, Low, Square & J •XY Resolution 0.2 um •Z Resolution (capillary travelling motion)2.5 um •Fine Pitch Capability 35 mm pitch @ 0.6 mil wire •No. of Bonding Wires up to 1000 •Program Storage 1000 programs on Hard Disk •Multimode Transducer System
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Eagle
MACHINE SPECIFICATIONS (II) •Vision System •Pattern Recognition Time 70 ms / point •Pattern Recognition Accuracy + 0.37 um •Lead Locator Detection 12 ms / lead
= 17 – 90 mm @ bonding area in Y = 54mm L = 280 mm [Maximum] T = 0.075 – 0.8 mm
晶片Die
金線 Gold Wire 導線架
Lead fram
3
Wafer Grinding
封裝流程
Wafer Saw
Die Bonding
toaster
Wire Bonding
Die Surface Coating
Molding
Laser Mark
BGA
SURFACE MOUNTPKG THROUGH HOLE PKG
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Eagle
MACHINE SPECIFICATIONS (III)
•Material Handling System •Indexing Speed 200 – 250 ms @ 0.5 “ pitch •Indexer Resolution 1um •Leadframe Position Accuracy + 2 mil •Applicable Leadframe W = 17 – 75 mm @ bonding area in Y = 65mm
(3 leads/frame) •Lead Locator Accuracy + 2.4 um •Post Bond Inspection First Bond, Second Bond
Wire Tracing •Max. Die Level Different 400 – 500 um
•Facilities •Voltage 110 VAC (optional 100/120/200/210/ •220/230/240 VAC
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X Y Table
•Linear 3 phase AC Servo motor •High power AC Current Amplifier •DSP based control platform •High X-Y positioning accuracy of +/- 1 mm •Resolution of 0.2 mm
9
W/H ASSY
• changeover •·Fully programmable indexer & tracks •·Motorized window clamp with soft close feature •·Output indexer with leadframe jam protection feature • Tool less conversion window clamps and top plate enables fast device
Welding Time (Bond Time)
Welding Tempature (Heater)
THERMAL BONING
Thermal Compressure
Ultrasonic Energy (Power)
7
Bond Head ASSY
• Low impact force •Real time Bonding Force monitoring • High resolution z-axis position with 2.5 micron per step resolution • Fast contact detection • Suppressed Force vibration • Fast Force response • Fast response voice coil wire clamp
Gold wire
pad lead
5
B.PRINCIPLE
PRESSURE VIBRATION
AL2O3
CONTAMINATION GLASS
GOLD BALL
Al SiO2
Si
MOISTURE
6
銲接條件
HARD WELDING
Pressure (Force)
Amplify & Frequecy
Solder Ball Placement
Dejunk TRIM Solder Platinging TRIM/ FORMING
Dejunk TRIM
Packing 4
Wire Bond 原理
Ball Bond ( 1st Bond )
Wedge Bond ( 2nd Bond )
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1
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ASSEMBLY FLOW OF PLASTIC IC
Wire Bond 原理
M/C Introduction
Wire Bond Process
Material
SPEC
Calculator
DEFECT
2
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Eagle
MACHINE SPECIFICATIONS (I) •Bonding System •Bonding Method Thermosonic (TS) •BQM Mode Constant Current, Voltage, Power and Normal
(Programmable) •Loop Type Normal, Low, Square & J •XY Resolution 0.2 um •Z Resolution (capillary travelling motion)2.5 um •Fine Pitch Capability 35 mm pitch @ 0.6 mil wire •No. of Bonding Wires up to 1000 •Program Storage 1000 programs on Hard Disk •Multimode Transducer System