引线键合中引线运动学构型数据获取实验
引线键合强度BPT试验分析
引线键合强度ＢＰＴ试验分析作者：王美荣来源：《硅谷》2008年第18期[摘要]通过试验的方式从键合引线断裂模式的角度讨论增加引线键合强度所需注意的主要问题。
四种键合引线断裂模式：焊点脱落，球颈断裂，焊线断裂和二焊点断裂。
详诉了引起这些断裂的各种原因，得出提高引线拉力所需要注意的各方面因素，及如何调整这些参数或者选择工具得到最好的工程参数匹配。
[关键词]键合强度 BPT 引线断裂中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0920037－02一、引言引线键合工艺具有高可靠性，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％采用引线键合技术。
引线键合的质量、可靠性直接决定了微器件、组件的性能和寿命。
引线键合工艺可分为：热压焊、超声波焊和热声焊等3种工艺.其中热声焊集中了前两种焊接的特点因而在现代引线连接中占主流。
引线键合实质上还是金属键合。
两种金属在摩擦力作用下发生了强烈的塑性流动，为纯净金属表面之间的接触创造了条件。
而加热台和劈刀的温升以及高频振动，则又进一步造成了金属晶格上原子的受激活状态。
因此，当有共价健性质的金属原子互相接近到以纳米计的距离时。
就有可能通过公共电子形成了原子间的电子桥，金属“键合”完成。
二、热声焊接工艺热声焊接原理：用负高压电火花(EFO)使金属丝端部熔成球形，在芯片焊盘上加热加压加超声，使接触面产生塑性变形并破坏界面的氧化膜，使其活性化，通过接触面两金属之间的扩散结合而完成球焊-第一焊点；然后焊头通过复杂的三维移动到达集成电路底座的外引线的内引出脚，再加热加压加超声完成楔焊-第二焊点。
热声焊接由于机械去膜更为充分，金属的扩散在整个界面上进行，首先在广泛的接触面上分散地形成了扩散地核心，然后首先在超声振动方向上形成合金层，并逐渐生长，最终合金层扩及整个接触面。
引线键合的稳定性将决定封装成品的好坏，所以获得优良的焊线品质就变得非常的重要，而引线键合除了焊丝成球外，焊线路径稳定性与焊线完之后的张力也是非常重要的。
引线键合强度BPT试验分析
一、 引盲 引 线键 合工 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％采用引线键合技术。引线键合的质量、可靠性直接决定了微器 件、组件的性能和寿命。引线键合工艺可分为：热压焊、超声波焊和热声 焊等 3种 工艺 ．其中 热卢 焊集 中了 前两 种焊 接的特 点因 而在 现代 引线 连接 中 占主流。 引 线键 合实 质卜 还是 金属 链合 。两 种 金属 在摩 擦力 作用 下发 牛了 强烈 的 塑性 流动 ，为 纯 净金 属表 面之 间的 接 触创 造了 条件 。 而加 热台 和劈 刀的 温 升以 及高 频振 动 ，则 又进 一步 造成 了 金届 晶格 上原 子 的受 激活 状态 。因 此，当有共价健性质的金属原子互相接近到以纳米计的距离时。就有可能 通过 公共电 子形成 了原子 问的电 子桥 ，金属 “键合 ”完成 ． =、撩声焊接工艺 热声焊接原理：用负高压电火花( EF0) 使金属丝端部熔成球形，在芯 片焊 盘上 加热 加压 加超声 ，使 接触 面产生 塑性 变形 并破 坏界面 的氧 化膜 ． 使其 活性化 。通 过接触 面两金 属之间 的扩 散结合 而完成 球焊一 第一 焊点： 然 后焊头通过复杂的i 维移动到达集成电路底座的外引线的内引出脚，再加 热加压加超 声完成楔焊一第二 焊点。 热声焊接由于机械左膜更为充分，金 属的扩散在整个界面上进行，首先在广泛的接触面上分散地形成了扩散地 核心．然后首先在超声振动方向上形成合金层。并逐渐生长，最终合金层 扩及整个接触面。 引 线键 合的 稳定 性将 决定 封装 成品 的 好坏 ，所 以获 得优 良的 焊线 品质 就变 得非 常的重 要， 而引线 键合 除了焊 丝成球 外． 焊线路 径稳 定性与 焊线 完 之后 的张 力也是 非常 重要的 。直 接影响 到后续 的可 靠性问 题。 本文通 过试 验 分析引 线键合拇 力及断裂方 式的各种 影响因素 。以提高引 线键合强 度。 三、 试验数 据和圈 裹
一种材料键合强度的测试方法[发明专利]
![一种材料键合强度的测试方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/564adae0e87101f69e3195f2.png)
专利名称：一种材料键合强度的测试方法专利类型：发明专利
发明人：张方辉,席俭飞,陆君福,姚毅
申请号：CN200910023728.5
申请日：20090828
公开号：CN101650294A
公开日：
20100217
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种材料键合强度的测试方法，现通常采用的键合强度测量方法主要是双键合点破坏性引线键合拉力试验，在实际操作中由于不易避免的操作误差，难以得到准确的键合强度。
本发明区别于现有采用的双键合点破坏性引线键合拉力试验吊钩挂在引线中间的测试方法，采用单键合点破坏性引线键合拉力试验的方式，单独测量键合点一和键合点二，就可以直接在拉力计上读取拉力数值。
则可以得到准确的键合强度。
申请人：陕西科技大学
地址：710021 陕西省西安市未央区大学园陕西科技大学
国籍：CN
代理机构：西安通大专利代理有限责任公司
代理人：徐文权
更多信息请下载全文后查看。
内引线破坏性键合拉力试验失效类别及原因分析
内引线破坏性键合拉力试验失效类别及原因分析袁亦灵;李晓红;张丽巍【摘要】通过对内引线破坏性键合拉力试验中的第3、4种失效类别失效原因的案例分析,发现存在着工艺加工、原材料生产、筛选试验等方面的质量问题,对产品是否合格作出最终的结果判定.【期刊名称】《环境技术》【年(卷),期】2017(035)002【总页数】5页(P59-62,69)【关键词】内引线破坏性拉力试验;失效类别;失效原因分析【作者】袁亦灵;李晓红;张丽巍【作者单位】重庆大学光电工程学院,重庆 400044;中国电子科技集团公司第二十四研究所,重庆 400060;中国电子科技集团公司第二十四研究所,重庆 400060【正文语种】中文【中图分类】TN306集成电路制造流程的后工序生产中，经常采用内引线键合实现芯片与基板、芯片与管脚、基板与管脚的电气连接。
内引线键合是集成电路生产过程中的关键工序，对集成电路的生产合格率和长期可靠性有很大地影响。
目前，在军用集成电路的通用规范GJB 597B-2012《半导体集成电路通用规范》和GJB 2438A-2002《混合集成电路通用规范》中，内引线的键合强度（破坏性键合拉力试验）（以下均简称为破坏性键合拉力试验）为质量一致性逐批检验项目，其试验方法为GJB 548B-2005《微电子器件试验方法和程序》方法2011，一般采用试验条件D。
破坏性键合拉力试验是键合质量的最有效的评价手段之一，其中对部分失效类别的失效原因分析非常必要。
1.1 破坏性键合拉力试验的工作原理GJB 548B-2005《微电子器件试验方法和程序》方法2011键合强度（破坏性键合拉力试验）中的试验条件D为双键合点引线拉力。
其工作原理为：固定试验样品后，在被测试的引线下方插入一个钩子，当钩子接触到引线时，开始施加拉力并逐渐增大直至引线断裂。
拉力方向与芯片或基板表面垂直，或与两键合垫肩的直线大致垂直；钩子位置约在引线中央部位。
其工作原理图如图1所示。
混合集成电路的外引线键合技术
混合集成电路的外引线键合技术混合集成电路的外引线键合技术1.引言混合集成电路多采用引线键合的方式实现基板与管壳引线柱之间的互连，即混合电路的外引线键合。
实现外引线键合的方式通常有以下几种；SiAl丝超声焊、Au丝热压焊、Au丝球焊、Au丝点焊、粗Al丝超声焊、Cu丝超声焊和Cu丝点焊等。
与混合集成电路内引线键合不同，外引线键合时，键合丝的1端在厚膜或薄膜的金属化层上，另一端不在IC芯片上，而在管壳的引线柱上。
有关内引线键合研究的文献报道很多[1][2][3]。
大家从键合的机理、键合工艺、键合机器、键合丝材料以及IC的金属化层、薄膜金属化层、厚膜金属化层等各个不同的角度对内引线键合的质量进行研究。
对引线键合可靠性的研究基本上都集中在金属间化合物的形成、生长，金属焊区的清洗等方面。
有关外引线键合的研究，大多都集中在金属管壳的镀层结构、材料和镀层厚度对键合质量的影响[4]。
本文针对混合集成电路的外引线键合，对不同的键合工艺及其对应的金属学系统进行研究，并对Au丝球焊、Au丝点焊和SiAl丝超声焊的结果进行了对比，认为采用Au丝点焊工艺键合混合电路外引线的效果最佳。
2.实验方法选取某电路所用的基片和配套的TP13管壳13套，管壳的引脚采用可伐镀金工艺。
采用正常的组装工艺进行操作。
制作实验用的电路样品，每只样品有10个外引线镀金引脚。
在每1只实验样品中，分别采用 40μm的SiAl丝超声焊、40μm的Au丝球焊和40μm的Au丝点焊3种键合方式进行键合。
其中每个实验样品中，SiAl丝超声焊和Au丝点焊各3个外引线引脚，Au丝球焊4个外引线引脚。
键合完成后，抽取1只样品在室温下做破坏性键合强度实验，剩余的12只样品分为3组，每组4只样品，分别做300℃、1h，300℃、2h和300℃、3h的高温存贮实验。
然后再做破坏性键合强度实验，对比3种键合方式的键合强度的实验结果。
3.实验结果采用上述3种键合方式键合的样品，经过常温和300℃不同时间存贮后的键合强度值如表1所示。
引线键合机换能器计算机数据采集系统-计算机应用研究
王福亮等: 引线键合机换能器计算机数据采集系统
· 159·
引线键合机换能器计算机数据采集系统*
王福亮, 韩 雷, 钟 掘
( 中 南大 学 机电 工程 学院, 湖南 长 沙 410083)
摘 要: 换能器是引线键合机的核心部件之一, 采集和分析换能器的驱动信号对于研究键合机理有着重要的意
义。提出了一种基于数字存储示波器和计算机的引线键合机换能器数据采集系统, 讨论了它的硬件组成和软件
示波器采样后转换成数字信号存储下来, 然后计算机通过串口
将存储在示波器上的数据读取出来, 供后续的分析研究用。本
文研究中所使 用的 数 字存 储示 波 器 是台 湾 固 纬公 司 的 GDS-
820 数字存储示波 器。本文 将重 点讨 论系 统程 序的 设计 和 要
注意的问题。
2 系统程序设计
引线键合机换能器计算机 数据采 集系统 的程序 主要完 成 以下功能: ①实现计算机与数字存储示波器的交互; ②将示波 器返回的数据包进行分解。由于其本质是串口通信程序, 因此 可采 用VC + + , Delphi, VB 或者 MATLAB 来 实 现[ 4 ～7] , 但 考 虑 到 开发速度, 并且为了便于修改和维护, 本系统采用 VB 6. 0 作
WANG Fu-liang, HAN Lei, ZHONG Jue
( College of Electromechanical Engineering, Central South University, Changsha Hunan 410083, China)
Abstract: Ultrasonic bonding is the most commonly used interconnect technology in microelectronics manufacturing. This paper presents a data acquisition solution that enables reliable transfer of the data from digital storage oscilloscope to PC. Realizations of RS- 232 serial communications are discussed and accomplished. The measurement shows that the system works well for further processing in bonding studies. Key words: Programming; Data Acquisition; Wire Bonder; Transducer
引线键合机换能器计算机数据采集系统
引线键合机换能器计算机数据采集系统
王福亮;韩雷;钟掘
【期刊名称】《计算机应用研究》
【年(卷),期】2005(022)005
【摘要】换能器是引线键合机的核心部件之一,采集和分析换能器的驱动信号对于研究键合机理有着重要的意义.提出了一种基于数字存储示波器和计算机的引线键合机换能器数据采集系统,讨论了它的硬件组成和软件设计的基本原理,通过计算机编程来控制、读写数字存储示波器,扩展数字存储示波器功能,实现了换能器驱动信号的计算机采集.实测结果表明:该方法稳定可靠,能大大提高数据采集的效率,为进一步的键合机理研究提供了方便有效的数据采集手段.
【总页数】3页(P159-160,204)
【作者】王福亮;韩雷;钟掘
【作者单位】中南大学,机电工程学院,湖南,长沙,410083;中南大学,机电工程学院,湖南,长沙,410083;中南大学,机电工程学院,湖南,长沙,410083
【正文语种】中文
【中图分类】TP274+.53
【相关文献】
1.利用压电换能器电信号检测引线键合质量 [J], 冯武卫;孟庆丰;谢友柏
2.Low K芯片引线键合工艺计算机仿真与参数优化 [J], 黄卫东
3.引线键合系统超声换能器的设计与仿真分析 [J], 瞿子博;冯武卫;张玉莲;贾森君
4.换能器驱动信号与引线键合强度的关系 [J], 王福亮;韩雷;钟掘
5.基于PC机的切削加工计算机数据采集系统 [J], 齐涤非;胡燕平
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
EHF频段芯片引线键合与装配公差的仿真与分析
EHF频段芯片引线键合与装配公差的仿真与分析卢绍英;任榕【摘要】This paper conducts simulation analysis on EHF band chip bonding and assembly tolerances by using simulation software from the view of the engineering, then determines the parameter of bonding wire such as arch height and distance, clears the reasonable range of assembly tolerance in order to reduce RF loss in the chip cascade and meet the consistent requirements among multiple radio frequency modules.%文章从工程角度出发，使用仿真软件分别对极高频（Extremely High Frequency，EHF）频段芯片的引线键合和装配公差进行了仿真分析，确定键合线的拱高、距离等参数，明确装配公差的合理范围，以便减小芯片级联时的射频损耗，并满足多个射频模块之间的一致性要求。
【期刊名称】《无线互联科技》【年(卷),期】2016(000)015【总页数】3页(P80-82)【关键词】EHF频段;键合线;装配公差【作者】卢绍英;任榕【作者单位】中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽合肥 230000;中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽合肥 230000【正文语种】中文近年来国内EH F频段技术发展迅速，其频段为30～300GHz，宽带宽、容量高、截获概率低、抗干扰能力强，在卫星通信技术中前景广阔［1］，其设备的需求日益迫切。
EHF频段频率高，分布参数影响大，加工、制造工艺复杂，对芯片的匹配设计和装配的工艺控制提出了很高的要求。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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 search
height)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 height
position”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。
至此一个键合过
程完成
1.5引线成型的过程
以上对引线键合运动阶段和状态的划分，主要是为了对引线键合运动进行定性的分析，本实验用高速视频采集键合运动中引线成型的运动学构型是为了对其运动进行定量的分析，这种深入，细节的研究是不可或缺的。
目前在国内很少有对键合运动进行定量的分析，对于工艺技术而言这种分析是很有研究意义的。
二实验过程
1.实验设备及其装置
本实验主要分为三大板块，自动焊线装置，视频拍摄装置，视频采集装置。
自动焊线装置为KS 8028PPS/Maxum金球自动焊线机；
视频拍摄装置为CCD智能高速球一体化摄像机，视频采集装置是与摄像机配套的视频采集软件。
2.1采集视频流程图
实验采用的是Kulicke & Soffa的8028PPS/Maxum金球自动焊线机，Kulicke & Soffa公司在半导体业界封装组装和测试设备供货商中位居前列。
Kulicke & Soffa这个名字一直是优异焊线焊接技术的同义语。
KS8028金丝自动焊线机其硬件部分主要由Lower Console 、XY工作台（X Y Table）、焊线头（Bond Head）、光学器（Optics）、送线系统（Wire Feed System）、进料系统（Matreical Handling System）、磁盘系统（Dick Derives）、辨识系统（Pattern Recognition System）、温度控制器(Temperature Controllers)、
操作系统（Software）。
2.1表操作系统
2.2 KS8028机台外观GUI图像界面
进料系统
操作界面控制系统
输出系统
2.2 焊线系统示意图 2.3 焊线配料
Lead
Frame Mazagi
ne
Capillary
2.实验过程
2.3实验过程流程图 2.1实验调试
实验调试是实验最关键的部分，是保证实验成功完成的关键。
其中包括焊线机调试、CCD 摄像调试、光源调试三部分。
焊线机调试：实验采集的线型是STANDARD LOOP ，它是焊线机最基本的线型。
调试过程如下：
实验过程
调试焊线调试
CCD 摄像调试
光源调试拍摄采集
视频采集
参数数值定义作用
REVERSE MOTION 8 MIL 在进行反向位移时的向量角度以
及移动的距离提供了强化张力的作用以便支撑整个线弧不至塌陷
REVERSE ANGLE 90 以垂直方向为基准依据, 以逆时
针方向来定义角度的大小控制在第一焊点上方的弧形的角度
BLEED VOLTAGE 0 MIL 控制线弧成型过程当中, 金线在
释放动作时的超音波输出能量降低在线弧成型过程中, 金线释放时焊针与金线之间的拖曳现象
LOOP FACTOR -4 MIL 在线夹关闭前, 焊针到达整个线
弧最高点位置之前的金线释放量使线弧的最高点能再靠近第一焊粘点的上方出现
LOOP BALANCE 100% 此一参数是被用来针对长短不一
的线长之弧高
控制弧线的弧高
X BALANCE 100% 是针对产品在左右两侧的弧高进
行相对的等化调整
有助于弧高的稳定性
Y BALANCE 100% 是针对产品在前后两侧的弧高进
行相对的等化调整.有助于弧高的稳定性
LF2 0 MIL 在进行第二焊粘点接触之前, 焊
线头相对焊粘平面所做平移动作对靠近第二焊点的线弧产生向上的反冲力, 使接地导角的线弧产生一个折角高度,
LF3 0 MIL 焊针从放线的最高点, 在线夹关
闭往第二点下降之前的一个平移
距离对于应用于低弧高的标准线弧有提供较佳的弧高一致性
LF4 100% 控制弧度由放线的最高点开始往
第二焊点位置下降的速度, 其控
制单位为全速下降的百分比.
是用来作为线弧问题的排除检测.
IMPACT TIME 0 藉由Z轴以定速度的方式下降之
动作较X与Y轴移动的动作为早
的特性,使得焊针在接触的焊粘表
面时产生一个拖拉的力量
用来修正第二焊点的冲击特性
CONTACT ANGLE 0 MIL 设定焊针在到达第二焊点的搜寻
速度高度, 开始向第二焊点进行
接触的行径角度.
用来修正第二焊点的冲击特性.
CONTACT OFFSET 0 MIL 在焊针接触到第二焊点后, X-Y
工作平台以朝向第一焊点方向为
参考依据进行移动
此工作平台的移动作用是将焊针在接触第二焊点之后,在其接触表面进行拖曳,用来修正第二焊点的冲击特性
CCD摄像机调试：CCD摄像机在实验中的工作原理是焊线机在每完成一个焊线过程中超声波一直处于同步发生状态，CCD摄像机被焊线机
的超声信号进行触发，达到拍摄焊线过程的同步完成。
调试过程如下：首先让焊线机打完一个焊线过程，把CCD摄像机设为50帧的频率拍摄，在CCD摄像机镜头中观察，初步调整CCD摄像机的位置和方向，确保劈刀的位置及运行轨迹都在CCD摄像机能拍摄的范围内。
确定CCD摄像机与焊线机的合适拍摄距离为8-10cm左右。
然后再调试与匹配的高清晰摄像镜头，旋转镜头调整焦距，保证劈刀的像完整清晰。
在调试CCD摄像机过程中特别注意的也是实验的难点就是，焊线的过程是处于槽内，这个拍摄带来很大的不便，其槽的景深为＜1mm，所以在调节时要反复调节CCD摄像机距离使拍摄过程清晰完整。
2.4 CCD摄像机调试
光源的调试：采用100W的LED照明灯作为光源，把CCD摄像机设为200帧的频率拍摄，然后再摄像机中观察劈刀的像，并调节光源，使其更加清晰。
经过反复调试，确定光源为距焊线机18-20CM的位置。
2.2拍摄采集
在各设备调试好的基础上，重新设定好焊线机的程序，把手动焊线设为自动焊线，并根据数据采集的需求，更改好参数，就可以清晰完整的拍摄到焊线的过程。
运用配套的。