集成电路封装中的引线键合技术研究
引线键合的失效机理及分析
第6期2017年12月微处理机MICROPROCESSORSNo.0Dec.，2017引线键合的失效机理及分析贺玲，刘洪涛(中国电子科技集团公司第47研究所，沈阳110032)摘要:随着电子封装系统的发展，封装系统对可靠性及使用寿命的要求不断提高。
引线键合作 为半导体后道工序中的关键工序，在未来相当长一段时间内仍将是封装内部链接的主流方式。
引线键 合工艺的可靠性是半导体器件可靠性的一个重要组成部分，尤其对电路的长期可靠性影响很大，据国 外的统计数据显示键合系统的失效占整个半导体器件失效模式比例的25%耀30%。
严格控制器件的生 产工艺环境以及引线的键合工艺质量尤为重要。
针对单芯片集成电路加工过程中遇到的键合失效模 式，对过程进行分析，找出引线键合失效的原因，提出了改善方法。
关键词：引线键合；失效机理;稳定性；可靠性；失效模式；断裂DOI编码：10.3969/j.issn.l002-2279.2017.06.004中国分类号:TN43 文献标识码:B文章编号：1002-2279-(2017)06-0017-04Failure Mechanism and Analysis of Wire BondingHe Ling,Liu Hongtao(The 47th Research Institute o f China Electronics Technology Group Corporation,Shenyang 110032,China)Abstract：With the development of electronic packaging system,the requirements for reliability and service life are continuously increased.As the key process of semiconductor post process,wire bonding will still be the mainstream way of packaging internallinks for a long time to come.The reliability of wire bonding process is an important part of the reliability of semiconductor devices,especially influencing the long term reliability of circuit heavily,and according to the foreign statistical data,it shows that the failure rate of the bonding system accounts for 25%耀30%of the failure mode of the whole semiconductor device.It is very important to control the manufacturing process and the wire bonding process quality.According to the bonding failure modes encountered in the process of single chip integrated circuits processing,the process is analyzed,so as to find out the reason of wire bonding failure,and to propose improvement methods.Key words：Wire bonding;Failure analysis;Stability;Reliability;Failure mode;Fracturei引言半导体集成电路引线键合是集成电路封装中的 一个非常重要的环节，引线键合的好坏直接影响到 电路使用后的稳定性和可靠性[1]。
集成电路封装中的引线键合技术
学员作业课程名称：集成电路封装与测试作业内容：集成电路封装中的引线键合技术任课教师：张江元学员姓名：蒋涛学员学号： 511412130所在班级：集成电路工程教师评分：集成电路封装中的引线键合技术【摘要】在回顾现有的引线键合技术之后，文章主要探讨了集成电路封装中引线健合技术的发展趋势。
球形焊接工艺比楔形焊接工艺具有更多的优势，因而获得了广泛使用。
传统的前向拱丝越来越难以满足目前封装的高密度要求，反向拱丝能满足非常低的弧高的要求。
前向拱丝和反向拱丝工艺相结合，能适应复杂的多排引线健合和多芯片封装结构的要求。
并具体以球栅阵列封装为例，介绍了检测手段。
不断发展的引线健合技术使得引线健合工艺能继续满足封装日益发展的要求，为封装继续提供低成本解决方案。
【主要内容】1. 引线键合工艺1. 1 楔形焊接工艺流程1. 2 圆形焊接工艺流程1. 3 主要工艺参数介绍1.3.1 键合温度1.3.2 键合时间2. 引线键合材料2. 1 焊线工具2. 2 引线材料3. 引线键合线弧技术3. 1 前向拱丝3. 2 反向拱丝4. 键合质量的判定标准4. 1电测试4. 2 边界扫描检测4. 3 X射线测试5. 小结参考文献1. 引线键合工艺在IC封装中，芯片和引线框架(基板)的连接为电源和信号的分配提供了电路连接。
有三种方式实现内部连接：倒装焊、载带自动焊和引线键合。
虽然倒装焊的应用增长很快，但是目前90％以上的连接方式仍是引线键合。
这个主要是基于成本的考虑。
虽然倒装焊能大幅度提升封装的性能，但是过于昂贵的成本使得倒装焊仅仅用于一些高端的产品上。
事实上对于一般产品的性能要求，用引线键合已经能够达到，没有必要使用倒装焊引起额外的成本增加。
对于封装厂商来说，使用倒装焊意味着目前传统的引线键合、模塑设备的淘汰，需要引入新的倒装焊设备，这个投资是非常巨大的。
传统的封装尺寸比较大，因而引线键合所使用的线的直径比较大，线弧也比较高，一般在150m～250m之间。
引线键合原理 -回复
引线键合原理-回复引线键合原理是一种常用于电子器件和电路连接的技术，它通过将引线与器件引脚之间进行焊接来实现电气连接。
在电子器件制造过程中，引线键合技术被广泛应用，不仅可以提高器件的可靠性和性能，还可以实现器件的微型化和集成化。
本文将围绕引线键合原理展开讲解，详细介绍引线键合技术的操作步骤、引线键合的类型和应用领域。
引线键合技术的操作步骤主要包括引线准备、对准定位、焊接和切断四个步骤。
在引线准备阶段，首先需要选择适当的引线材料，常用的引线材料有铝线、金线和铜线等。
接下来对引线进行切割和清理处理，确保引线表面的干净和光滑。
在对准定位阶段，将器件引脚与PCB板或芯片引脚进行准确的对准定位。
焊接阶段是引线键合的核心步骤，将引线通过热压或超声波等方式与引脚进行焊接，实现电气连接。
最后，在切断阶段使用切割工具将多余的引线切断，完成整个键合过程。
引线键合技术根据焊接的方式可以分为热压键合和超声波键合两类。
热压键合是最常用的方法之一，它利用金属引线在高温和压力下变形，与引脚或芯片焊盘形成牢固的结合。
超声波键合则利用超声波振动产生的能量，使引线与引脚或芯片结合在一起。
这两种键合方式各有优劣，选择适当的键合方式取决于具体的应用需求和性能要求。
引线键合技术在电子器件制造领域有着广泛的应用。
首先，它在芯片封装过程中起到连接芯片和封装基板的作用，提供电气连接和机械支撑。
其次，在集成电路制造中，引线键合技术使得大规模集成电路的制造成为可能，实现了电路的微型化和高密度布线。
此外，引线键合技术还应用于半导体器件、光电子器件、传感器和MEMS器件等领域，为这些领域的器件提供了可靠的电气连接。
总结起来，引线键合原理是一种应用广泛的电子器件连接技术，它通过将引线与器件引脚焊接在一起，实现电气连接。
引线键合技术的操作步骤包括引线准备、对准定位、焊接和切断四个阶段。
根据焊接的方式，引线键合可以分为热压键合和超声波键合两类。
引线键合技术在电子器件制造中起到至关重要的作用，不仅能提高器件的可靠性和性能，还能实现器件的微型化和集成化。
半导体引线键合技术有哪些类型
引言概述半导体引线键合技术是半导体封装过程中至关重要的一项技术，其主要作用是将芯片引线与封装材料进行可靠连接。
本文将对半导体引线键合技术进行分类介绍，以便更好地了解其基本原理和应用场景。
正文内容一、金球键合技术金球键合技术是一种常见的引线键合技术，其工作原理是利用焊锡小球将芯片引线与封装材料连接起来。
金球键合技术具有低电阻、低功耗、高可靠性等优点，广泛应用于集成电路、半导体激光器、光电元件等领域。
金球键合技术的具体步骤包括金球制备、位置布局、压合、焊接等。
小节：1.焊锡小球的制备方法有哪些？2.如何进行引线位置的布局和优化？3.压合过程中需要注意哪些关键参数？4.焊接过程中可以采用哪些技术手段提升效果？5.金球键合技术在集成电路领域的应用案例。
二、焊线键合技术焊线键合技术是另一种常见的引线键合技术，其核心原理是利用焊线将芯片引线与封装材料连接起来。
焊线键合技术广泛应用于集成电路、半导体器件、功放器件等领域，具有高可靠性、低电阻、环保等优点。
焊线键合技术的具体步骤包括焊线选材、焊线形成、焊线位置布局、焊线布置、焊接等。
小节：1.焊线选材时需要考虑哪些因素？2.如何实现焊线的精确形成和定位？3.焊线布置的原则和技巧有哪些？4.焊接过程中需要注意哪些关键参数？5.焊线键合技术在半导体器件领域的应用案例。
三、球限位键合技术球限位键合技术是在芯片引线和封装材料之间加入金属球限位环来限定焊接位置的一种引线键合技术。
该技术可以提高键合位置的稳定性和可靠性，适用于对键合位置要求较高的场景，如高频器件和光电器件等。
球限位键合技术的具体步骤包括球限位环制备、位置布局、压合、焊接等。
小节：1.金属球限位环的制备方法及材料选择。
2.球限位环对引线键合位置的作用机理。
3.如何保证球限位环的位置精确布局？4.压合过程中需要注意哪些关键参数？5.球限位键合技术在高频器件领域的应用案例。
四、电容键合技术电容键合技术是一种特殊的引线键合技术，主要应用于二极管、电容器等组件的封装过程中。
引线键合中引线运动学构型数据获取实验
引线键合中引线运动学构型数据获取实验一 序言：1. 引线键合：引线键合技术是微电子封装中的一项重要技术之一。
由于上世纪90年代，器件封装尺寸的小型化，使得新型封装开始通过引线键合，载带自动键合，合金自动键合等键合技术来实现高密度高可靠性的封装。
1.1微电子封装的流程中引线键合的位置2.引线键合的过程是晶片上的焊垫(pad)作为第一焊点（the first bond）基板的内引脚（inter lead）作为第二焊点（the second bond）在外部能量（超声或者热能）作用下，通过引线（金线、铜线、铝线）把第一焊点第二焊点连接起来。
1.2 自动焊线机批量焊接 1.3 引线键合引线键合技术是实现集成电路芯片与封装外壳多种电连接中最通用最简单有效的一种方式，又因为引线键合生产成本低、精度高、互连焊点可靠性高，且产量大的优点使其占键合工艺的80%以上，在IC 制造业得到了广泛的应用，一直是国际上关注的热点。
对于引线键合中引线成型的引线及键合头的研究也备受关注。
以较为普遍的超声金丝键合为例介绍介绍引线成型的过程。
一个完整的引线键合过程包括两种不同的运动状态。
一种是自由运动，该阶段的任务是拉出键合弧线，键合头运动按照已经设定好的运动轨迹。
此状态执行工具尖端与芯片失去接触，不产生力的反馈信号。
另一种约束运动，当执行工具尖端与芯片接触时，在超声和高温的作用下，稳定的键合力保证了金线被充分的焊接在芯片和引脚上，力传感器产生力反馈信号，这个阶段的任务是实现结合力的整定控制。
•1.线夹关闭，电子打火形成金球，引线夹将金线上提金属熔球在劈刀顶端的圆锥孔内定位•2.线夹打开键合头等速下降到第一键合点搜索高度（1st bond searchheight)位置•3.劈刀在金属熔球（最高180℃）上施加一定的键合力同时超声波发生系统（USG)作用振动幅度经变幅杆放大后作用在劈刀顶端完成第一键合点•6.劈刀下降接触引线框架焊盘调用第二键合点参数在热量和超声键合的能量下完成锲键合•5.键合头运动到第二键合点位置，形成弧线•4.键合头上升运动到“top of loop”位置然后进行短线检测，判断第一焊点是否成功•7.松开线夹键合头上升到“tail heightposition”形成预留尾丝长度•8.线夹关闭，键合头上升将金线从第二键合点尾端压痕处拉断。
浅析引线键合
浅析引线键合摘要：随着集成电路的发展, 先进封装技术不断发展变化以适应各种半导体新工艺和新材料的要求和挑战。
半导体封装内部芯片和外部管脚以及芯片之间的连接起着确立芯片和外部的电气连接、确保芯片和外界之间的输入/ 输出畅通的重要作用,是整个后道封装过程中的关键。
引线键合以工艺实现简单、成本低廉、适用多种封装形式而在连接方式中占主导地位, 目前所有封装管脚的90%以上采用引线键合连接[1]。
关键词：集成电路引线键合方向发展Abstract: with the development of integrated circuits, advanced packaging technology constantly changing to adapt to all kinds of semiconductor of new technology and new material requirements and challenges. Semiconductor package internal chip and the external pin and the connection between the chip having established chip and external electrical connection, ensure the chip and outside between the input / output smooth important role, the whole package after the road is the key process in the. Wire bonding technology to achieve a simple, low cost, suitable for various packaging forms and in a connection mode in the dominant, all current package pins above 90% using a wire bond connection [1].Key words: integrated circuit lead wire bonding direction目前封装形式一方面朝着高性能的方向发展，另一方面朝着轻薄短小的方向发展，对封装工艺圆片研磨、芯片粘贴、引线键合都提出了新的要求。
引线键合工艺参数对封装质量的影响因素分析
引线键合工艺参数对封装质量的影响因素分析目前IC器件在各个领域的应用越来越广泛，对封装工艺的质量与检测技术提出了更高的要求，如何实现复杂封装的工艺稳定、质量保证和协同控制变得越来越重要。
目前国外对引线键合工艺涉与的大量参数和精密机构的控制问题已有较为深入的研究，并且已经在参数敏感度和重要性的排列方面有了共识。
我国IC封装研究起步较晚，其中的关键技术掌握不足，缺乏工艺的数据积累，加之国外的技术封锁，有必要深入研究各种封装工艺，掌握其间的关键技术，自主研发高水平封装装备。
本文将对引线键合工艺展开研究，分析影响封装质量的关键参数，力图为后续的质量影响规律和控制奠定基础。
2. 引线键合工艺WB随着前端工艺的发展正朝着超精细键合趋势发展。
WB过程中，引线在热量、压力或超声能量的共同作用下，与焊盘金属发生原子间扩散达到键合的目的。
根据所使用的键合工具如劈刀或楔的不同，WB分为球键合和楔键合。
根据键合条件不同，球键合可分为热压焊、冷超声键合和热超声键合。
根据引线不同，又可分为金线、铜线、铝线键合等。
冷超声键合常为铝线楔键合。
热超声键合常为金丝球键合，因同时使用热压和超声能量，能够在较低的温度下实现较好的键合质量，从而得到广泛使用。
2.1 键合质量的判定标准键合质量的好坏往往通过破坏性实验判定。
通常使用键合拉力测试（BPT）、键合剪切力测试（B ST）。
影响BPT结果的因素除了工艺参数以外，还有引线参数（材质、直径、强度和刚度）、吊钩位置、弧线高度等。
因此除了确认BPT的拉力值外，还需确认引线断裂的位置。
主要有四个位置：⑴第一键合点的界面；⑵第一键合点的颈部；⑶第二键合点处；⑷引线轮廓中间。
BST是通过水平推键合点的引线，测得引线和焊盘分离的最小推力。
剪切力测试可能会因为测试环境不同或人为原因出现偏差，Liang等人 [1]介绍了一种简化判断球剪切力的方法，提出简化键合参数（RBP）的概念，即RBP=powerA ×forceB×timeC，其中A，B，C为调整参数，一般取0.80， 0.40，0.20。
半导体桥点火器芯片引线键合技术研究
围则成反比。键合压力的大小还会影响到键合界面是 否发生滑移或微滑。 1.3.3 超声时间
超声时间是指在键合点上施加超声功率和键合 压力的时间。只有在合适的超声时间范围内，才能形 成良好的键合，过短时间会导致材料剥离，过长会导 致根切现象，其本质就是控制超声能量的输入。
2 正交试验研究
正交试验是多因子试验中最重要的一种设计方 法。它是根据因子设计的分式原理，采用由组合理论 推导而成的正交表来设计试验，并对结果进行统计分 析。正交试验设计基于一定的规则设计正交表，采用 正交试验设计半导体桥点火器键合工艺参数组合，可 以减少试验次数和成本，只需在所有可能的键合工艺 参数中挑选一小部分因子组合进行试验，即可确保以 最少数目的试验获得影响性能参数的全部信息。 2.1 正交试验设计 2.1.1 正交试验设计方案
由于芯片引线键合质量的优劣直接决定着半导 体桥点火器发火的可靠性，本文开展引线键合工艺技 术研究，分析影响引线键合的关键因素，并通过正交 试验设计、破坏性拉力测试及显微镜目测相结合的检 测方法，研究超声功率、键合压力与超声时间对引线
收稿日期：2021-02-22 作者简介：宋婧（1986-），女，工程师，从事火工品研制与工艺技术研究。
为键合点宽度；L 为键合点长度。合格键合点形状示
意图如图 2 所示。
键合点宽度
D 引线直径
W TL 键合点长度
楔形键
图 2 合格键合点形状
Fig.2 Qualified bonding point shape 表 2 正交试验设计表
Tab.2 Orthogonal test design
因素
超声功率 P/W
2021 年 06 月
火工品 INITIATORS & PYROTECHNICS
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集成电路封装中的引线键合技术研究
摘要：本文以集成电路封装系统为研究对象，对其中的引线键合技术的工艺内
容进行研究分析。
在简要介绍引线键合技术基础的前提下，分析多种类型的键合
技术，并重点在键合技术基础条件上，就温度、时间、键合工具、引线材料、键
合机理这四方面内容进行细化说明。
关键词：集成电路；封装处理；引线缝合
引言
集成电路封装技术，受到电气设备高速发展的影响，在行业领域与科技条件
的带动下，呈现出了高速率的发展条件。
为了适应整体行业的发展状态，需要对
其中的技术条件进行升级，尤其在键合技术内容中，需在简要介绍基本概念内容
的基础上，引出整体技术应用要点，为相关研究提供参阅材料。
一、引线键合技术概述
引线键合技术，将技术细线作为材料与技术基础，通过对热、压力、超声波
等能量条件的利用，实现金属引线与基板焊盘之间的紧密焊合状态。
此项技术，
是芯片技术领域中极为常见的技术手段，是维护电力互联状态、执行信息通信功
能的基础性技术条件。
在理性的控制状态下，引线与极板之间，会出现电子共享
或原子扩散，并在联众金属间，出现原子量级的键合状态。
功能属性上，引线键
合技术，将核心元件作为工作对象，对其行使导出与引入功能，以此展示自身技
术条件在集成电路封装中的技术应用价值。
二、多类型键合技术分析
集成电路的设置，可以分为多道操作工艺，并在磨片、划片、装片、烘箱、
键合、塑封等多项技术工序中，完成整体的技术管理。
在IC封装技术条件下，芯片与引线之间的连接状态，是电源与信息号连接的基础，在连接方式上，呈现出
倒装焊、载带自动焊、引线键合三种技术类型。
在应用条件上，引线键合表现出
明显的技术优势。
而在传统封装条件下，引线键合技术也表现出一定的特异化内容，通常会使用球形焊接的流程工艺形式。
球形焊接技术，首先要设置第一点焊接，并将其位置固定在芯片表面。
然后
通过线弧的成型处理，引导出第二点焊接，并将其设置在引线框架或者基板的表面。
技术原理上，通过离子化的空气间隙，引导出“电子火焰熄灭”现象，并在形
成金属球的过程中，产生所谓的自由空气球，表现出技术条件下独有的特征属性。
而在键合处理的过程中，这一技术条件，表现出了明显的精度优势，可以分别在
不同的方向上作出补偿控制点，以此保证整体焊接处理的合理状态[1]。
整体角度出发，键合技术需遵照基本的工艺条件设置需求，在基础设备、键
合时间、键合温度等多方面内容的控制条件下，保证整体键合操作工艺的合理化
状态。
尤其在键合机台压与功率的控制上，应尊重超声功率的基本应用条件，将
焊线与接触面保持在相对较为松软的条件下，在输入能量的同时，保证物质分子
态结构之间的嵌合，完成新形状的塑造。
三、键合技术的基础条件说明
（一）温度条件
温度是控制键合操作的重要指标，对整体技术的应用合理性状态，有着直接
且绝对的影响。
适当的温度条件，是执行引线键合的基础。
在键合处理中，温度
所产生的能量条件，会消除在键合接触面中产生的氧化物质，可以有效地提高键
合处理的技术效果。
针对这一问题，技术领域进行了大量的研究实践分析，并确
定了统一的键合操作最优温度状态。
通常情况下，将200℃-240℃，作为最优化
的键合消耗条件，如果键合处理中的环境温度低于这一温度条件，就无法发挥消
除氧化层的技术处理效果。
反之，如果高于这一温度区间，对键合技术的应用条件，也会造成危害，并在接触面上，增加出现氧化物的概率。
因此，需要对键合
的温度进行系统化的控制，使其在相应的温度区间中，维护键合技术处理的有效性，提高整体集成封装技术的适应性条件。
（二）时间条件
键合操作，是一个流程化的技术过程中，虽然所用的时间相对较为短暂，但
在整体的键合处理中，也会随着键合点位置的变化，表现出明显的差异性条件。
通常情况下，键合处理所消耗的实践越长，键合球吸收的能量也就相对越多，这
一条件，直接增加了键合接触界面的直径参数。
此时，会对键合界面的强度起到
明显的强化效果，但是这种条件也会相应的缩减键合的强度。
同时，如果键合的
时间过长，会大大的增加键合点的范围，增加键合空洞的形成概率。
因此，键合
处理的技术过程中，需要对实际技术条件进行分析，在确定具体应用环境的同时，合理控制键合时间，以此保证整体键合处理的有效性，为整体集成电路封装处理
的优化奠定基础。
（三）键合工具
引线键合处理中，需要使用特定的提供具设备，在执行能量传递工作的过程中，保证操作界面的良性键合效果。
通常情况下，键合设备工具，需要针对键合
技术的应用形式，分别对超声波、热量、压力等不同类型的能量形态进行传递了，同时还需要将键合所用的引线材料固定的工具上，以此保证技术操作处理的有效性。
而不同的键合处理方法与流程，所选用的键合工具也有所差异[2]。
例如，在
楔形键合技术中，主要通过楔形劈刀设备，完成键合操作，而其材质，主要由碳
钛合金或者钨碳材料组成。
又如，在球形键合技术中，会将毛细管劈刀设备作为
操作工具，而其材质大多为陶瓷材料，明显的区别于楔形键合设备。
另外，无论
是哪一种键合工具，其应用中的大小型号，都会对整体键合处理的精度与稳定性
状态产生影响，需要得到相关技术人员的重视，并在应用作出必要的调整。
（四）引线材料
引线材料是键合技术处理中的基础，常见的引线多为铜、铝、金等技术材料。
铜线的应用最为普遍，在经过键合处理之后，通常无需进行二次封装处理。
同时，在使用铜线进行键合处理的过程中，可以有效地降低杂物的出现概率，避免劈刀
出现堵塞问题，保证良好的运行状态。
在键合处理的过程中，需要重点关注铜丝
结构的强度属性与延展性状态，并在优化铜丝纯度的同时，使其应用价值得到保证。
另外，在实践过程中发现，在铜丝的引线材料中，适当的加入其它元素的金
属物质，会使铜丝在键合处理中发生明显的质量变化，并展现出差异化特征。
以金线为材料基础的键合技术，在实际应用中，也有明显的技术优势，并在
封装实务操作中，具有一定代表性。
技术操作中，用于金线键合的设备，应使用
电火花将金丝端部转换为球形结构，然后在焊压点与金丝连接位置，使用热超声
技术完成处理。
这一条件下，使接触面发生变化，并在形成氧化膜的同时完成IC
芯片的球焊处理，保证金线焊材使用的合理性状态。
金线键合处理中，还需对劈
刀设备进行使用管理，在劈刀达到一定使用次数之后，及时进行更换，以此保证
设备使用质量条件，而为了维护整体技术的合理性，还需对设备更换情况进行记录，使技术管理的内容更加全面。
另外，在金线材料的使用中，应当调整并控制
整体工序内容与操作方法，在上料、固定等工作中保证金线应用技术的合理性。
（五）键合机理
集成电路封装中的引线键合技术，需要对其中的键合机理进行分析，并在确
定引线键合能量来源类型的基础上，保证后续技术应用条件的优化状态，实现整
体引线键合技术的升级管理。
无论是超声能源还是热压能源，其核心原理都是对
劈刀产生影响，使其在震动过程中，放大振幅，并在接触面的技术处理中，完成
技术处理的客观需要。
通过对接触面氧化物质的控制，保证引线与结构的结合状态，保证技术的合理性状态。
总结
综上，集成电路的发展，需要将其中的键合技术工艺进行升级。
在不断完善、调整当前技术应用条件的过程中，使键合技术与时代科技相对接，以此，在跟随
科技发展步伐的同时，为技术应用创造更加开阔的环境，使其在自身技术特征的
引导下，适应知识经济的市场化发展条件，为集成电路的发展贡献基础动力。
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