引线键合
元器件的互连封装技术—引线键合技术
应用范围
低成本、高可靠、高产量等特点使得它成为芯片 互连的主要工艺方法，用于下列封装：
• 陶瓷和塑料BGA、单芯片或者多芯片 • 陶瓷和塑料 (CerQuads and PQFPs) • 芯片尺寸封装 (CSPs) • 板上芯片 (COB)
芯片互连例子
采用引线键合的芯片互连
两种键合焊盘
球形键合
铝合金线为超音波最常见的线材；金线亦可用于超音 波接合，它的应用可以在微波元件的封装中见到。
楔形键合
其穿丝是通过楔形劈刀 背面的一个小孔来实现 的，金属丝与晶片键合 区平面呈30～60°的角 度，当楔形劈刀下降到 焊盘键合区时，楔头将 金属丝按在其表面，采 用超声或者热声焊而完 成键合。
超音波接合只能产生楔形接点(Wedge Bond)。它所能 形成的形成的连线弧度(称为Profile)与接点形状均小于其 他引线键合方法所能完成者。因此适用于焊盘较小、密度 较高的IC晶片的电路连线；但超音波接合的连线必须沿著 金属迴绕的方向排列，不能以第一接点为中心改变方向， 因此在连线过程中必须不断地调整IC晶片与封装基板的位 置以配合导线的迴绕，不仅其因此限制了键合的速度，亦 较不利于大面积晶片的电路连线。
元器件的互连封装技术 —引线键合技术
Review
电子封装始于IC晶片制成之 后，包括IC晶片的粘结固定、电 路连线、密封保护、与电路板之 接合、模组组装到产品完成之间 的所有过程。
电子封装常见的连接方法有 引线键合(wire bonding，WB)、载 带自动焊（tape automated bonding, TAB）与倒装芯片(flip chip, FC)等 三种，倒装芯片也称为反转式晶 片接合或可控制塌陷晶片互连 (controlled collapse chip connection ,C4 ) 。
引线键合(电子制造技术ppt)分解
三种键合工艺比较
键合工艺 键合压力 键合温度 超声波 （℃） 能量
热压型
高
300-500 无
超声型
低
25 有
热超声型 低
100-150 有
适用
适用
引线材料 焊盘材料
Au Au、Al
Al、Au Al、Au
Al、Au Au
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两种键合形式比较
ห้องสมุดไป่ตู้
速度 键合形式 键合工艺 键合工具 引线材料 焊盘材料 v/ N·s - 1
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主要工艺参数介绍
❖ 键合时间
❖ 通常都在几毫秒，键合点不同，键合时间也不一样 ❖ 一般来说，键合时间越长，引线球吸收的能量越多
，键合点的直径就越大，界面强度增加而颈部强度 降低。 ❖ 但是长的时间，会使键合点尺寸过大，超出焊盘边 界并且导致空洞生成概率增大
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主要工艺参数介绍
❖ 超声功率与键合压力
❖ 超声功率对键合质量和外观影响最大，因为它对键合 球的变形起主导作用。
❖ 过小的功率会导致过窄、未成形的键合或尾丝翘起； 过大的功率导致根部断裂、键合塌陷或焊盘破裂。
❖ 增大超声功率通常需要增大键合力使超声能量通过键 合工具更多的传递到键合点处
8
引线键合材料
❖ 焊接工具
❖ 焊接工具负责固定引线、传递压力和超声能量、拉弧 等作用。
生形变,通过对时间、温度和压力的调控进行的键合方法 ❖ 超声波键合 ❖ 超声波键合不加热(通常是室温) ,是在施加压力的同时,在被焊件
之间产生超声频率的弹性振动,破坏被焊件之间界面上的氧化层, 并产生热量,使两固态金属牢固键合。 ❖ 热超声键合 ❖ 热压超声波键合工艺包括热压焊与超声焊两种形式的组合。可 降低加热温度、提高键合强度、有利于器件可靠性
wirebond资料
wirebond资料（实用版）目录1.Wirebond 的定义和作用2.Wirebond 的种类和特点3.Wirebond 的应用领域4.Wirebond 的优缺点5.Wirebond 的未来发展趋势正文一、Wirebond 的定义和作用Wirebond，又称为引线键合，是一种将半导体芯片与外部电路连接的技术。
简单来说，它是一种将微小的金属引线与芯片上的焊盘进行键合的方法，从而实现电气连接。
Wirebond 技术在半导体封装和电子产品制造中具有重要作用，它有助于提高芯片的性能、减小封装尺寸以及增强产品的可靠性。
二、Wirebond 的种类和特点根据键合材料的不同，Wirebond 技术可分为金线键合、铝线键合和铜线键合等。
这些技术各自具有以下特点：1.金线键合：金具有优良的导电性和耐腐蚀性，使得金线键合具有较高的电导率和可靠性。
但金线的成本较高，限制了其广泛应用。
2.铝线键合：铝线键合具有较低的成本，且导电性能尚可。
但铝线的耐腐蚀性较差，可能影响键合的可靠性。
3.铜线键合：铜线键合具有较高的导电性和较低的成本。
然而，铜线的耐腐蚀性较差，可能限制其在某些应用领域的发展。
三、Wirebond 的应用领域Wirebond 技术广泛应用于各种半导体封装和电子产品制造中，如：1.集成电路（IC）封装：Wirebond 技术可用于连接 IC 芯片与封装载体，实现电信号的传输。
2.光电子器件制造：Wirebond 技术可用于制造 LED、激光器等光电子器件，提高器件的性能和可靠性。
3.微电子机械系统（MEMS）：Wirebond 技术可用于连接 MEMS 器件与外部电路，实现信号传输和能量传递。
四、Wirebond 的优缺点Wirebond 技术的优点包括：1.高电导率：Wirebond 技术能够实现高电导率的连接，降低电阻损耗。
2.小尺寸：Wirebond 技术可以实现微小的引线连接，有助于提高封装密度和缩小产品尺寸。
热超声引线键合工艺流程
热超声引线键合工艺流程
内容:
一、工艺流程
1. 引线预处理:使用酒精对引线进行清洗,去除表面油脂等污染物。
2. 定位对齐:使用精密定位装置,将芯片引线和板引线精确对齐。
控制对齐误差在50μ以内。
3. 热压键合:将对齐好的芯片放入热压机,施加一定压力(约为30-80克/引线),同时加热到180-300°,保持1-10秒钟,完成键合。
4. 冷却固化:将键合好的产品取出,自然冷却至室温,完成固化。
二、工艺参数
1. 温度:180-300°(一般为200±10°)
2. 压力:30-80克/引线(一般为50±10克/引线)
3. 时间:1-10秒(一般为5±1秒)
4. 对齐精度:<50μ
5. 环境:无尘无油,相对湿度<60%
三、注意事项
1. 加热时间不能太长,否则可能造成芯片损坏。
2. 压力不能太大,否则可能造成引线变形。
3. 保持环境清洁,防止污染产品。
4. 热压后要完全冷却至室温,然后再进行其他测试。
5. 各参数应严格控制,确保产品质量。
6. 定期检查定位装置和热压机,保证设备精度。
几种键合引线的详细对比
几种键合引线的详细对比-键合金丝/键合铜线/铝键合线键合金丝, 作为应用最广泛的键合丝来说,在引线键合中存在以下几个方面的问题:1, Au2Al 金属学系统易产生有害的金属间化合物[ ,这些金属间化合物晶格常数不同,力学性能和热性能也不同,反应时会产生物质迁移,从而在交界层形成可见的柯肯德尔空洞( Kirkendall Void) ,使键合处产生空腔,电阻急剧增大,破坏了集成电路的欧姆联结,导电性严重破坏或产生裂缝,易在此引起器件焊点脱开而失效。
2, 金丝的耐热性差,金的再结晶温度较低(150 ℃) ,导致高温强度较低。
球焊时,焊球附近的金丝由于受热而形成再结晶组织,若金丝过硬会造成球颈部折曲;焊球加热时,金丝晶粒粗大化会造成球颈部断裂;3, 金丝还易造成塌丝现象和拖尾现象,严重影响了键合的质量;4, 金丝的价格昂贵,导致封装成本过高。
键合铝线, Al21 %Si 丝作为一种低成本的键合丝受到人们的广泛重视,国内外很多科研单位都在通过改变生产工艺来生产各种替代金丝的Al21 %Si 丝,但仍存在较多问题: 1, 普通Al21 %Si 在球焊时加热易氧化,生成一层硬的氧化膜,此膜阻碍球的形成,而球形的稳定性是Al21 %Si 键合强度的主要特性。
实验证明,金丝球焊在空气中焊点圆度高,Al21 %Si 球焊由于表面氧化的影响,空气中焊点圆度低;2, Al21 %Si 丝的拉伸强度和耐热性不如金丝,容易发生引线下垂和塌丝;3, 同轴Al21 %Si 的性能不稳定,特别是伸长率波动大,同批次产品的性能相差大,且产品的成材率低,表面清洁度差,并较易在键合处经常产生疲劳断裂。
键合铜丝, 早在10 年前,铜丝球焊工艺就作为一种降低成本的方法应用于晶片上的铝焊区金属化。
但在当时行业的标准封装形式为18～40 个引线的塑料双列直插式封装(塑料DIP) ,其焊区间距为150～200μm , 焊球尺为100～125μm ,丝焊的长度很难超过3 mm。
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。
键合技术 引线键合的失效机理
引线键合的失效机理目录1、引线键合---------------------------------------------------3 1.1常用的焊线方法-------------------------------------------31.1.1热压键合法--------------------------------------------31.1.2超声键合法--------------------------------------------31.1.3热超声键合法------------------------------------------31.1.4三种各种引线键合工艺优缺点比较------------------------41.2引线键合工艺过程-----------------------------------------42、键合工艺差错造成的失----------------------------------------62.1焊盘出坑------------------------------------------------7 2.2尾丝不一致----------------------------------------------72.3键合剥离------------------------------------------------72.4引线弯曲疲劳--------------------------------------------72.5键合点和焊盘腐蚀----------------------------------------72.6引线框架腐蚀--------------------------------------------82.7金属迁移------------------------------------------------82.8振动疲劳------------------------------------------------83、内引线断裂和脱键--------------------------------------------84、金属间化合物使Au—Al系统失效-------------------------------9 4.1 Au—Al 系统中互扩散及金属间化合物的形成-----------------9 4.2杂质对Au—Al系统的影响----------------------------------94.3改善方法------------------------------------------------105、热循环使引线疲劳而失效-------------------------------------10 5.1热循环峰值温度对金相组织的影响--------------------------10 5.2热循环峰值温度对冲击功的影响----------------------------105.3引线疲劳------------------------------------------------116、键合应力过大造成的失效-------------------------------------11 参考文献-------------------------------------------------------121、引线键合引线键合是芯片和外部封装体之间互连最常见和最有效的连接工艺。
25μm金丝球焊引线键合推拉力标准
25μm金丝球焊引线键合推拉力标准1. 引言在微电子行业中，25μm金丝球焊引线键合推拉力标准起着至关重要的作用。
作为一种关键的接线技术，金丝球键合是微电子器件封装中不可或缺的一环，其连接质量直接关系到器件的可靠性和性能。
为了确保键合连接的质量和可靠性，推拉力标准成为了微电子行业中必不可少的评估指标。
本文将深入探讨25μm金丝球焊引线键合推拉力标准，从简单的概念介绍到深入分析其标准的意义和影响。
2. 25μm金丝球焊引线键合的基本概念25μm金丝球焊引线键合是一种微电子器件封装过程中常见的焊接技术。
它通过将金丝球焊到芯片的金属化表面或引线焊盘上，然后通过热压力将金丝与焊盘或金属化表面连接起来，以实现器件内部的电气连接。
在这一过程中，金丝球焊引线的推拉力就显得至关重要。
推拉力是指在金丝引线焊接过程中，对金丝的推和拉的力量，其大小和稳定性直接关系到焊接的质量和可靠性。
3. 25μm金丝球焊引线键合推拉力标准的重要性推拉力标准是指对25μm金丝球焊引线键合过程中推拉力的规定和评估标准。
在微电子器件封装过程中，金丝球焊引线键合的推拉力标准对于保证焊接质量具有至关重要的作用。
通过推拉力标准的设定和执行，能够保证金丝焊接的牢固性和稳定性，提高器件的可靠性和性能。
25μm金丝球焊引线键合推拉力标准成为微电子行业中必不可少的质量控制指标。
4. 推拉力标准的影响因素及评估方法在确定25μm金丝球焊引线键合推拉力标准时，需要考虑多种因素，如金丝材料的特性、焊接设备的性能、环境条件等。
推拉力的评估方法一般包括使用拉力计或其他测试设备进行实验测量，以确定25μm金丝球焊引线键合推拉力的大小和稳定性。
还需要对推拉力的波动范围和变化趋势进行全面评估，以确保键合连接的质量和可靠性。
5. 总结与展望25μm金丝球焊引线键合推拉力标准在微电子行业中具有重要的意义。
通过对推拉力标准的严格执行和质量控制，可以有效提高金丝球焊引线键合的质量和可靠性，进而提升微电子器件的性能和可靠性。
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热压焊：金属线过预热至约300至400℃的氧化铝(Al2O3)或 碳 化 钨 （ WC） 等 耐 火 材 料 所 制 成 的 毛 细 管 状 键 合 头 （Bonding Tool/Capillary,也称为瓷嘴或焊针），再以电火 花或氢焰将金属线烧断并利用熔融金属的表面张力效应使 线之末端成球状（其直径约金属线直径之2倍），键合头 再将金属球下压至已预热至约150至250℃的第一金属焊盘 上进行球形结合（Ball Bond）。在结合时，球点将因受压 力而略为变形，此一压力变形之目的在于增加结合面积、 减低结合面粗糙度对结合的影响、穿破表面氧化层及其他 可能阻碍结合之因素，以形成紧密之结合。
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底面角
4 degree 专门设计用于解决8度或者0度的问题， 建议使用小的键合头
8 degree 一般用途，很好的第二键合点丝线截断能力 15 degree 仅仅用于热压焊，使用较少
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键合头直径 （T）
主要影响第二键合点的强度， 在允许的范围内应该尽可能大， 小键合头适合于较密（细间距） 键合， 小键合头适合于手工操作。
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铝丝
• 纯铝太软而难拉成丝，一般加入 1% Si 或者1% Mg以提 高强度。 • 室温下1% 的Si 超过了在铝中的溶解度，导致Si的偏析， 偏析的尺寸和数量取决于冷却数度，冷却太慢导致更多 的Si颗粒结集。Si颗粒尺寸影响丝线的塑性，第二相是疲 劳开裂的萌生潜在位置。 • 掺1%镁的铝丝强度和掺1% 硅的强度相当。 • 抗疲劳强度更好，因为镁在铝中的均衡溶解度为2%,于 是没有第二相析出。
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键合头镀层
光滑涂层 • 较长的使用寿命 ， • 要进行抛光 ， • 使得第二键合点光亮， • 减少金属的残留和聚集
粗糙的涂层 • 仅仅内斜面抛光， • 第二键合点强度高， • 第一键合点光亮 • 提高超声能作用32来自锥体角度 (C.A.)
主要影响到达键合位置的能力，尤其是细间距情 况下以及到达第二点的距离。
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球形键合过程
1、毛细管(capillary)与焊盘 (bond pad)对准，把金线末端生 成半径为1.5～2倍金线半径的球 状突起和毛细管口贴紧。
2、毛细管降下，球状突起与焊 盘接触，综合压力、加热能量等 使球状突起变形成为焊点形状。
3、单点键合完成后，毛细管升 起，金线从毛细管中抽出，随毛 细管移动到第二个焊盘上方。
两种键合焊盘
球形键合
楔形键合
三种键合（焊接、接合）方法
引线键合为IC晶片与封装结构之间的电路连线中 最常使用的方法。主要的引线键合技术有超音波接合 （Ultrasonic Bonding, U/S Bonding）、热压接合 (Thermocompression Bonding,T/C Bonding)、与热超音 波接合(Thermosonic Bonding, T/S Bonding)等三种。
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引线键合（Wire Bonding）
Review
电子封装始于IC晶片制成之 后，包括IC晶片的粘结固定、电 路连线、密封保护、与电路板之 接合、模组组装到产品完成之间 的所有过程。
电子封装常见的连接方法有 引线键合(wire bonding，WB)、载 带自动焊（tape automated bonding, TAB）与倒装芯片(flip chip, FC)等 三种，倒装芯片也称为反转式晶 片接合或可控制塌陷晶片互连
劈刀特点---- I.C.(内斜面)
非常重要的参数 影响自由空气聚集和第一键合点的压制半径。 同时也影响弧度的形成，以保证光滑的丝线传送。 在应用时候要考虑一下特点
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内斜面角度
90 degree • 和底面角度为0或者4度时配合可以优化第二 键合点的截断， • 适合于非常小底第一键合点要求。
120 degree • 提高对第一键合点的黏附作用解决弯曲翘起， • 和底面角8度配合可以优化键合点形状。
30/20 degree C.A.
平颈
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劈刀长度
标准长度为0.375"和0.437 " ， 后者允许更深的接触， 较小的长度公差可保证较好的超声反应。
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键合材料
引线 － 金丝
• 广泛用于热压和热声焊， • 丝线表面要光滑和清洁以保证强度和防止丝线堵塞， • 纯金具有很好的抗拉强度和延展率， • 高纯金太软，一般加入约 5-10 ppm 重量的 Be或者30100 ppm的 Cu， • 掺Be的引线强度一般要比掺Cu的高10-20% 。
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内斜面形状 低拖动面 （L.D.）适合
较长的弧度轨迹 较低而精确的弧度轨迹
双内斜面 最标准最常用的劈刀斜面
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F.A.(底面角)
底面角度影响: • 第二键合点的形状和强度 • 第二键合点的截断
0 degree 配合 90度的内斜面角度具有很好的导线截断能力，
一般不用于柔软的材料如陶瓷或者电路板上的薄膜。 不宜采用大的键合头。
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热声焊：为热压结合与超音波结合的混合方法。热超音 波结合也先在金属线末端成球，再使用超声波脉冲进行 导线材与金属接点间之结合。热超音波结合的过程中结 合工具不被加热而仅仅是结合之基板维持在100至150℃ 的温度，此一方法除了能抑制结合界面介金属化合物 (Intermetallic Compounds)之成长之外，并可降低基板的 高分子材料因温度过高而产生劣化变形的机会，因此热 超音波结合通常应用于结合困难度较高的封装连线。金 线为热超音波结合最常被使用的材料。
Au2Al (灰色), AuAl (白色), AuAl2 (深紫色)， 3. AuAl2 即使在室温下也能在接触界面下形成，然后转变成其他
IMC，带来可靠性问题， 4. 这些IMC晶格常数、机械、热性能不同，反应时会产生物质移动，
从而在交界层形成可见的柯肯达尔效应，或者产生裂纹。
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Au-Cu 系
1. 金丝键合到铜引脚上情形， 2. 三种柔软的IMC相 (Cu3Au, AuCu, 和 Au3Cu)活化能在 0.8到1电
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楔形键合楔形, 手工键合机
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劈刀常常是通 过氧化铝或者 碳化钨进行粉 末烧结而成。 对于一些单一 用途的工具， 也可以用玻璃、 红宝石和碳化 钛来代替。
楔形劈刀和毛细管劈刀
用于球形键合的毛细管劈刀
用于Al丝键合的楔形劈刀 用于Au丝键合的楔形劈刀
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毛细管劈刀描述
主要任务: 具备一个内斜面以形成 第一个键合点 ， 一个合理设计而又光滑 的孔适合弧度的形成 ，具有一个尖的外圆面 以便于第二键合点的截 断。
导线 金(Au) 金(Au)，铝(Al)
焊盘 金，铝 金，铝
速度 10线/s 4线/s
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比较
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比较
键合设备
• 键合速度不断提高、间距不断减小，操作稳定性提高。 • 楔形和球形键合速度分别可达4 wires/sec 和10 wires/second • 很多分析设备用于优化键合劈刀的性能， • 精密图象处理系统使其能够进行精确定位 • 已经出现了全自动化的设备。 • 在20分钟内就可以完成少量的工具和软件的调整以适应 不同的产品。
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键合接头形貌
球形键合
第一键合点
第二键合点
楔形键合
第一键合点
第二键合点
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比较
WB 热压型 超声型 热超声型
压力 温度(OC) 超声能量
导线
焊盘
高 300-500 不需要
金(Au)
金，铝
低
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需要 金(Au)，铝(Al) 金，铝
低 100-150 需要
金(Au)
金，铝
WB 球形 楔形
键合工具 毛细管 楔
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应用范围
低成本、高可靠、高产量等特点使得它成为芯片 互连的主要工艺方法，用于下列封装：
陶瓷和塑料BGA、单芯片或者多芯片 陶瓷和塑料 (CerQuads and PQFPs) 芯片尺寸封装 (CSPs) 板上芯片 (COB)
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芯片互连例子
采用引线键合的芯片互连
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历史和特点
1957 年Bell实验室采用的器件封装技术，目前特点如下： • 已有适合批量生产的自动化机器； • 键合参数可精密控制，导线机械性能重复性高； • 速度可达100ms互连（两个焊接和一个导线循环过程）； • 焊点直径：100 μm↘ 50 μm，↘ 30 μm； • 节距：100 μ m ↘ 55 μ m， ↘ 35 μ m ； • 劈刀(Wedge,楔头)的改进解决了大多数的可靠性问题； • 根据特定的要求，出现了各种工具和材料可供选择； • 已经形成非常成熟的体系。
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机理及特点
超声焊接：超音波接合以接合楔头(Wedge)引导金属线使其 压紧于金属焊盘上，再由楔头输入频率20至60KHZ，振幅20 至200μm，平行于接垫平面之超音波脉冲，使楔头发生水 平弹性振动，同时施加向下的压力。使得劈刀在这两种力 作用下带动引线在焊区金属表面迅速摩擦，引线受能量作 用发生塑性变形，在25ms内与键合区紧密接触而完成焊接。 常用于Al丝的键合。键合点两端都是楔形 。
(controlled collapse chip connection ,C4 ) 。
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什么是引线键合
用金属丝将芯片的I/O端（inner lead bonding pad: 内侧引线端子） 与对应的封装引脚或者基板上布线焊区（outer lead bonding pad: 外侧引 线端子）互连， 实现固相焊接过程， 采用加热、加压和超声能，破坏表面氧化层和污染，产生塑性变形， 界面亲密接触产生电子共享和原子扩散形成焊点， 键合区的焊盘金属一般为Al或者Au等， 金属细丝是直径通常为 20～50微米的Au、Al或者Si－Al丝。