Wire-Bonding工艺以及基本知识 PPT
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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_详细学习资料
WIRE BOND PROCESS INTRODUCTION
CONTENTS
ASSEMBLY FLOW OF PLASTIC IC Wire Bond 原理 M/C Introduction Wire Bond Process Material SPEC Calculator DEFECT
Gold wire
pad lead
B.PRINCIPLE
PRESSURE VIBRATION
AL2O3
CONTAMINATION GLASS
GOLD BALL
Al SiO2
Si
MOISTURE
銲接條件
HARD WELDING Pressure (Force) Amplify & Frequecy Welding Time (Bond Time) Welding Tempature (Heater) THERMAL BONING Thermal Compressure Ultrasonic Energy (Power)
(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
Programmable profile, control and vibration modes
Eagle
MACHINE SPECIFICATIONS (II)
CONTENTS
ASSEMBLY FLOW OF PLASTIC IC Wire Bond 原理 M/C Introduction Wire Bond Process Material SPEC Calculator DEFECT
Gold wire
pad lead
B.PRINCIPLE
PRESSURE VIBRATION
AL2O3
CONTAMINATION GLASS
GOLD BALL
Al SiO2
Si
MOISTURE
銲接條件
HARD WELDING Pressure (Force) Amplify & Frequecy Welding Time (Bond Time) Welding Tempature (Heater) THERMAL BONING Thermal Compressure Ultrasonic Energy (Power)
(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
Programmable profile, control and vibration modes
Eagle
MACHINE SPECIFICATIONS (II)
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
Wire-Bonding工艺介绍和Gold-Wire特性
金线焊接工具---劈刀
劈刀决定的一些参数： 1、Bond Pad Pitch
金线焊接工具---劈刀
T--Tip Diameter, BTNK—Bottleneck Height&Angle, CA—Cone Angle Will affect bond pad pitch.
2、1st Bond Diameter
Not move
affect Not affect
Go up with capillary
Form ball when 6000v on it
Not affect Not affect
金线球形焊接工艺介绍
Stage1
Stage2
Stage3
Stage4
Stage5
Stage6
Stage7
Stage8
H—Hole Diameter, ICA—Inner Chamfer Angle CD—Chamfer Diameter Will affect 1st bond diameter
金线焊接工具---劈刀
3、Wire Diameter
H—Hole Diameter
Hole diameter is usually 1.5X wire diameter
wire
Ultrasonic and force
Form ball when 6000v on it
Not affect
Go up to chamfer, affect touch die surface
Not move
Not affect
Form loop shape Not affect
Squashed and form 2nd bond
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
pad
lead
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
pad
lead
Wire bond基础知识介绍
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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)
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。
１ｓｔ Bonding
16
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。
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）
WireBonding工艺以和基本知识PPT培训课件
Ball Offset
Capillary Center line
Ball Center line
die 的方 向
lead 的方向
Capillary center -60
Capillary center 60
计算线长 Calculate d Wire Length
DI E
线夹关上 - WIRE CLAMP CLOSE
焊头向上运动 BOND HEAD MOVE UP
CONFIDENTIAL
8. 搜索延遲
搜索延迟 － XY 工作台向第二压点移动 － 焊头不动 SEARCH DELAY － XY TABLE MOVE TOWARDS 2ND BOND － BH MOTIONLESS
动作 焊头下降至第一焊点 之搜索高度 第一焊点之搜索 第一焊点的接触阶段 第一焊点的焊接阶段 返回高度 返回距离 估计线长高度 搜索延迟 焊头下降至第二焊点 之搜索高度 第二焊点之搜索 第二焊点的接触阶段 第二焊点的焊接阶段 线尾长度 焊头回到原始位置
CONFIDENTIAL
焊头動作步驟 1. 焊头在打火高度( 复位位置 )
焊头向上运动 BOND HEAD MOVE UP
反向高度 - RH DIE
CONFIDENTIAL
6. 反向距离
线夹打开 WIRE CLAMP“Open”
反向距离-RD
DIEIE
XY 工作台运动 X-Y TABLE MOVEMENT
CONFIDENTIAL
7. 焊头上升到线弧高度位置
线夹关上后, 开始第一点压 焊检测 M/C START TO DO THE 1ST BOND NON STICK DETECTION AT LOOP TOP POSITION AFTER W/C CLOSE
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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）
2．Bonding用 Wire
Au WIRE 的主要特性：
具有良好的導電性，僅次於銀、銅。 电阻率（μΩ・ｃｍ）的比較 Ag（１．６）＜Cu（１．７）＜Au（２．３） ＜Al（２．７）
Chamfer Angle：120°
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
荷重过度附加接触面导致破损 Crack発生
A. 15(15XX)：直徑1/16 inch （約1.6mm)，標準氧化鋁陶瓷 B. XX51：capillary產品系列號 C. 18： Hole Size 直徑為0.0018 in.（約46μm ） D. 437：capillary 總長0.437 in.(約11.1mm） E. GM： capillary tip無拋光; (P： capillary tip有拋光） F. 50： capillary tip 直徑T值為0.0050 in. （約127μm） G. 4： IC為0.0004 in. （約10μm） H. 8D：端面角度face angle為 8° I. 10：外端半徑OR為0.0010 in.（約25μm） J. 20D：錐度角為20° K. CZ1：材質分類，分CZ1,CZ3,CZ8三種系列
瓷嘴 - Capillary
空气中的金球Free Air Ball
2. 焊头由打火高度下降到第一焊点搜索高度
焊头在向下运动的过 程中, 金球通过空气张 力器的空气张力, 使金 球紧贴瓷嘴凹槽
FAB Capture Within The Chamfer Diameter of Capillary During Descending Motion, FAB Pull Upwards by Air Tensioner
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°
電路連線，使晶片與封裝基板或導線框架完成電路的連線，以發揮電子訊號傳輸的功能
Wire Bonding的分類
按工藝技術：
1.球形焊接（ball bonding)
2.楔形焊接 (wedge bonding)
按焊接原理：
熱超聲焊的原理： 对金属丝和压焊点同时加热加超声波，接触面便产生塑性变形，并破 坏了界面的氧化膜，使其活性化，通过接触面两金属之间的相互扩散 而完成连接。
线夹 打开– Wire Clamp Open
在第一焊点搜索高度开始, 焊头使用固定的 速度搜索接触高度 At Search Height Position Bond Head Switch to Constant Speed(Search Speed) to Search For Contact
第一焊点搜索高度1st Search Height
據有較好的抗氧化性 。 據有較好的延展性，便於線材的制作。常用Au
Wire直径为23μｍ，25 μｍ，30 μｍ 具有对熱压缩 Bonding最适合的硬度 具有耐樹脂 Mold的應力的機械強度 成球性好（經電火花放電能形成大小一致的金球） 高純度（4N：99.99%）
3．Bonding用 Capillary
Wire Bonding 技術入門
1. Wire Bonding原理 2. Bonding用 Wire 3. Bonding用 Capillary 4. 焊接时序圖
5. BSOB&BBOS 6. Wire bonding loop(線弧) 7. Wire bond不良分析
Prepared by: 神浩 Date: Nov. 11th, 2009
→Hill
FA（Face Angle）0°→8°變更 FA 0°→8°的變更並未能增加Wire Pull的測試強度，但如下图所示，能夠增加2nd Neck部的穩定性。
FA：0°
FA：8°
4.焊接时序圖
焊头動作步驟 1.Close