金丝键合工艺培训
芯片互连-引线键合技术上课讲义
压头上升至一定位置，送出尾丝
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夹住引线，拉断尾丝
引燃电弧，形成焊球进入下一键合循环
第二键合点
球形焊点
丝球焊点形状
契形焊点
热压球焊点的外观
超声键合作用机理
超声波发生器使劈刀发生水平弹性振动，同时施加向下压 力。劈刀在两种力作用下带动引线在焊区金属表面迅速摩 擦，引线发生塑性变形，与键合区紧密接触完成焊接。常 用于Al丝键合，键合点两端都是楔形 。
微互连技术之
引线键合技术
微互联技术
引线键合技术(WB)
引线键合技术是将半导体裸芯片（Die）焊区与 微电子封装的I/O引线或基板上的金属布线焊区 （Pad）用金属细丝连接起来的工艺技术。
引线键合技术分类
常用引线键合方式有三种： ➢ 热压键合<TCB> ➢ 超声键合<USB> ➢ 热超声波（金丝球）键<TSB>
第一键合点
第二键合点
引线键合技术实例
采用导线键合的芯片互连
特点及应用范围
低成本、高可靠、高产量等特点使得WB成ຫໍສະໝຸດ 芯片互 连主要工艺方法，用于下列封装:
·陶瓷和塑料BGA、SCP和MCP ·陶瓷和塑料封装QFP ·芯片尺寸封装 (CSP)
热超声键合（金丝球）：用于Au和Cu丝的键合。采用超 声波能量，键合时要提供外加热源。
超声压头
Al 丝
芯片电极
基板电极
1. 定位（第一次键合）
加压 超声波振动
2. 键合
拉引
3. 定位（第2次键合）
4. 键合－切断
超声键合法工艺过程
超声键合实物图
引线键合接点外形
球形键合
第一键合点
第二键合点
金丝键合主要工艺参数技术研究
金丝键合主要工艺参数技术研究作者：刘文来源：《科学与财富》2018年第22期摘要：介绍了金丝键合技术，阐述了影响金丝键合强度的主要工艺参数，采用超声热压技术和楔形键合方式对25μm的金丝进行键合正交试验。
通过对测试结果进行极差分析，获得了超声功率、超声时间和热台温度的最佳匹配组合关系及影响键合强度的主次因素顺序关系。
关键词：金丝键合工艺参数正交试验1引言微组装技术因成本低廉、实现简单、热膨胀系数小、适用电路封装形式多样化等优点[1]，在现代通信系统中发挥着至关重要的作用。
金丝键合是微组装技术中的关键工艺，其键合质量好坏直接影响产品可靠性和电性能稳定性。
衡量金丝键合质量好坏的主要指标为键合强度，而键合强度的期望值不能通过单独改变某个工艺参数即可实现，需对某些主要工艺参数进行调节，才能达到最佳效果。
2金丝键合定义金丝键合是多芯片微波组件中常用的工艺，它是指将延展性和导电性很好的极细金丝压焊在基板-基板、基板-芯片或芯片-芯片表面上，实现电气特征相互关联的一种技术。
根据键合能量的不同，金丝键合分为热压键合、超声键合和超声热压键合[2][3]。
根据键合方式和劈刀外形、材料的不同，金丝键合又分为球形键合和楔形键合[3]。
3 键合强度影响因素影响金丝键合强度的工艺参数有很多，从设备方面考虑，它与超声功率、超声时间、热台温度、键合压力、劈刀温度和劈刀安装长度等因素有关；从被键合表面上考虑，它与被键合面的材料特性、厚度、平整度、清洁度和处理工艺等因素有关[1]。
根据以往经验，影响键合强度最主要工艺参数为：超声功率、超声时间和热台温度。
3.1超声功率超声是指振动频率大于1200Hz的振动波。
适当的超声功率是金丝键合具有可靠性的前提，能够产生足够强度的、稳定的键合。
过小的超声功率会导致金丝翘起，无法焊接或只微焊接于焊点上，而过大的功率会导致焊点发生形变，甚至金丝断裂或焊盘破裂[3]。
3.2超声时间超声时间是指在劈刀上施加超声功率和键合压力的作用时间，目的是控制超声能量。
金丝键合 互感系数
金丝键合互感系数
金丝键合是指利用金丝将两个电子器件（如芯片和引线）进行连接的一种电子封装技术。
金丝键合通常使用金属（如铝或金）的细金丝，通过高温和超声波等工艺将金丝与器件的金属引线或焊盘进行焊接，形成可靠的电气连接。
互感系数是指两个电感器件之间的耦合程度，表示它们之间能量传输的效率。
在电感器件的设计和应用中，互感系数是一个重要的参数，影响着电路的性能和效率。
互感系数可以通过以下公式计算：互感系数（K）= 耦合电感（M）/ （根据两个独立的电感计算的标称值）
互感系数在0到1之间取值，0表示完全没有耦合（互感）现象，而1表示完全耦合，也就是两个电感器件之间的能量传输是完全有效的。
通常情况下，较高的互感系数表示两个电感器件之间更好的耦合效果，能够更有效地实现能量的传递。
金丝键合技术在电子器件中的应用，如封装和连接电路、芯片和引线，其良好的互感系数有助于提高电路的功率传输效率和信号传输质量。
在金丝键合过程中，金丝与器件之间的良好焊接和连接，可以保证电气信号的稳定传输和电路性能的稳定运行。
因此，金丝键合和互感系数在电子器件设计和应用中都具有重要的作用。
键合培训资料
pad
lead
Formation of a loop
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lead
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lead
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lead
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pad
焊线工艺标准
拉力测试的五个关键点
图一：第一焊点松脱， 晶片接垫上无金线
图二：第一焊点球颈断， 晶片接垫上有金线附着
图三：第二焊点松脱， 晶片接垫上无金线
图四：第二焊点球颈断， 第二焊点上有金线附着
图五：金线中间拉力不足
焊线检查项目图示
C B A D E
金线力测试在 C 点 金球推力测试在 A B点之间
金球与铝垫的焊接模式
振盪 (POWER)
氧化鋁
壓力 (FORCE) 水氣及雜質 玻璃層 金球
純鋁
二氧化矽層
矽層 溫度 溫度
鋁墊SEM側視圖
ASM 焊 线 机
控制系统屏幕
影像辨别系统屏幕
送线系统 推料装置 打火杆烧球焊接处
料盒升降台输出端 料盒升降台输入端 功能键盘
电源开关
轨迹球
控制电路板
急停按钮
lead
pad
lead
Formation of a second bond
pad
heat
lead
Formation of a second bond
微组装技术中金丝键合工艺研究
微组装技术中金丝键合工艺研究作者：蒯永清来源：《西部论丛》2017年第08期摘要：随着科学技术的发展，我国的微组装工艺有了很大进展，在微组装工艺中，金丝键合是一道关键工艺。
金丝键合质量的好坏直接影响微波组件的可靠性以及微波特性。
对金丝键合工艺的影响因素进行了分析，并通过设计实验方案对25μm金丝进行键合实验。
对键合金丝进行拉力测试，测量结果全部符合军标GJB548B-2005要求。
根据测量结果寻求最佳键合参数，对实际生产具有一定的指导意义。
关键词：微组装技术金丝键合参数提取引言引线键合实现了微电子产品优良的电气互连功能，在微电子领域应用广泛。
自动引线键合技术作为一种先进的引线键合技术具有绝对优势。
自动键合技术是自动键合机执行相应的程序，自动完成引线键合过程。
自动键合具有可控化、一致性好和可靠性高等优势。
随着电子封装技术的不断发展，微波组件正在不断向小型化、高密度、高可靠、高性能和大批量方向发展，对产品的可控化、高一致性、高可靠性和生产的高效率都提出了更高的要求，顺应发展趋势实现自动化生产已成为一种趋势。
所以，对自动化键合工艺的研究和优化是非常有必要的。
1金丝键合工艺简介金丝键合指使用金属丝（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。
金丝键合按照键合方式和焊点的不同分为球键合和楔键合。
2金丝键合质量的影响因素2.1劈刀劈刀是金丝键合的直接工具，楔焊劈刀用于金丝、金带、铝丝、铝带等键合，主要分为深腔、非深腔、粗铝、金带/铝带键合等几大类，多为钨钢材料，刀头部分材料为陶瓷。
在一个完整的楔形键合中，第1键合点的键合强度主要受到劈刀的后倒角（BR）和键长（BL）、劈刀在键合第1点后上升过程、拉弧过程所产生的摩擦及拉力、线夹打开的宽度等因素的影响。
如果BR太小，则劈刀后倒角区域较锋利，就会导致第1键合点的根部较脆弱，在拉力测试实验中容易在此位置断裂。
铝线键合工艺员培训课件
裸铜
• 裸铜框架常用于 粗铝线键合，在 没有严重氧化发 生的情况下，其 键合能力和镀镍 层键合相差无几。 但即使是很小的 氧化，Al-Cu结 合都要比 Al-Ni 结合弱得多。
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铝线材质介绍
高纯铝丝导电性好，耐蚀性优，同金丝相比，Al 丝价格便宜、与铝膜不产生金属间化合物，铝丝 引线键合是晶体管、集成电路和超大规模电路组装中广泛使用的连接方法之一。 为了提高铝线的可靠性和信赖性，一般加入0.5%-1%的镁、镍；
于超声焊;无走线方向限制;自动焊时速 对界面污染较敏感;芯片碎裂的可能性 度很快: Au-Au 键合可靠性好;芯片碎裂 大于热压焊;需要设置的参 数最多
的可能性小于超声焊
超声波键合
对污染敏感度最低:室温键合，可靠性高: 自动键合时速度慢于热声焊，两键合
Al、Au、 Cu
焊点间距小(可小于50um);铝铝键合点 非常牢固:产率最高，废品率可小于 20ppm;可进行粗铝丝键合:弧高可小于
晶圆
磨划
装片
焊线
包封
电镀
切筋
测试
成品
半导体封装内部芯片和外部管脚连接，起 着确立芯片和外部的电气连接作用，是整 个封装过程中的关键所在。
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
3
半导体封装介绍
键合方法 键合材料
优点
点方向要一致:芯片碎裂可能性最大: 室温下Au、Cu 键合需特殊劈刀;键合 参数较多(3 个); Al-Ag 键合可靠性低:
75um
室温下金丝键合性能差
4
铝线键合介绍
铝线键合简介 铅锡装片介绍 铝线材质介绍 键合设备介绍 主要辅助夹具
键合金丝用途介绍
键合金丝用途介绍1. 引言键合金丝是一种用于电子封装技术中的关键材料，广泛应用于半导体芯片的制造过程中。
本文将详细介绍键合金丝的定义、分类、特性以及在电子封装中的主要用途。
2. 键合金丝的定义和分类键合金丝，又称焊线或焊丝，是一种用于芯片封装过程中连接芯片与封装基板之间的关键材料。
根据不同的材质和制造工艺，键合金丝可以分为以下几类：2.1 铜线铜线是最常见和广泛使用的键合金丝之一。
它具有良好的导电性能和可焊性，适用于大多数晶圆制造工艺。
铜线通常分为纯铜线和镀铜线两种类型。
2.2 金线金线是一种高档次的键合金丝材料，具有优异的导电性能和可靠性能。
由于其昂贵的成本，金线主要应用于高端芯片制造领域，如高频射频芯片、光通信芯片等。
2.3 铝线铝线是一种低成本的键合金丝，适用于一些对导电性能要求不高的应用场景。
然而，铝线的可靠性相对较差，容易受到氧化和应力影响。
2.4 其他材料除了铜、金、铝之外，还有一些特殊材料的键合金丝被广泛使用，如合金线、镍线等。
这些特殊材料的键合金丝通常具有特定的物理和化学性质，以满足某些特殊应用领域的需求。
3. 键合金丝的特性键合金丝作为芯片封装中的重要材料，具有以下主要特性：3.1 导电性能键合金丝需要具备良好的导电性能，以确保信号传输的可靠性和稳定性。
不同材质的键合金丝在导电性能上有所差异。
3.2 可焊接性键合金丝需要具备良好的可焊接性，以确保与芯片引脚或封装基板之间形成可靠连接。
不同材质和直径的键合金丝在可焊接性上也有所差异。
3.3 可靠性键合金丝需要具备良好的可靠性，能够承受温度、湿度、机械应力等环境因素的影响，保持连接稳定并不易断裂。
3.4 尺寸和直径键合金丝的尺寸和直径对于芯片封装工艺至关重要。
不同封装工艺和应用场景需要选择适当直径和长度的键合金丝。
4. 键合金丝在电子封装中的主要用途键合金丝在电子封装中有多种重要用途，下面将详细介绍其中几个主要应用：4.1 芯片与引脚连接键合金丝被广泛应用于芯片与引脚之间的连接，通过焊接或压力焊等方式实现芯片与封装基板之间的电气连接。
金丝键合面高清洁处理工艺研究
金丝键合面高清洁处理工艺研究某些混装产品的键合面在制造过程中不可避免会带来焊接残余物、氧化等问题，如果键合面的清洁处理不彻底，就会在金丝键合时带来键合不上、键合脱焊等问题，直接影响键合质量和效率。
为提高键合质量和效率，本文研究了键合面高清洁处理方法。
标签：金丝键合；焊接残余物；清洁1 前言在产品制造过程中，某些混装电路板根据产品特点需进行回流焊接，焊接清洗涂覆后再进行金丝键合，生产环节越多，越容易引入颗粒污染、有机物、氧化物等。
在清洁不彻底的情况下，多余物、有机物等，不但容易造成电路短路和电路板的腐蚀，在电子组件内到处碰撞还极易造成电路误动，给产品的长期工作带来不良后果。
为提高键合质量和效率，对键合不上、脱键的问题，需进行键合点的高清洁处理方法研究。
2 试验设计及验证电路板回流焊接完，进行过有机溶剂清洗后，经显微镜观察，键合面存在一层白色污染物，影响键合，另外一种造成键合不良的情况是键盘表面氧化发乌。
对此白色污染物进行了显微红外光谱分析，显示白色物质含有C-C长链、酯羟基或酮羟基及其他无机基团，判断白色物质为有机酸盐。
这是由于电路板焊接使用的焊膏为免清洗焊膏，焊接后，会形成一个高分子的保护层，并在焊接中漫延到焊盘临近的键合面上，一般的水清洗不能有效去除这层保护膜，如果不做处理，将造成键合结合率差，影响一次键合成功率。
键合面发乌是由于镀金表面氧化造成的。
将表面发乌的形貌状态与印制板生产厂家、零件镀金厂家及业内相关单位进行了技术交流，认为镀金表面发乌是镀金表面氧化的原因，与表面光洁程度、镀金方法有一定的关系，但目前国内镀金工艺不能保证不同槽批之间达到非常一致的状态，尤其镀金质量较差的焊盘经历回流焊接、水清洗、涂覆等工序后，易在焊盘表面形成氧化层。
为减少不良影响，根据键合面情况，选取了两种键合前清洗方案：（1）等离子清洗。
（2）人工擦洗及刮拭。
2.1 等离子清洗等离子清洗常用40KHz超声等离子体、13.5MHz射频等离子体、2.45GHz 微波等离子体。
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截线
pad
lead
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线尾的形成
扯线尾
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Disconnection of the tail
放电烧球
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金丝键合动作
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自由球（FAB）：大小由机台设定结球参数决定 金球（gold ball)
FAB:自由球
pad
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3 键合耗材
1. 金丝 （gold wire)
1）金丝按直径分类： 30um&25um&18um 2）金丝按供应商分类： 国产金丝&进口金丝 3）金丝主要特性： a . 纯度 b . 拉断力 (BL) c . 延展率（EL)
2.劈刀（capillary)
1）劈刀是根据产品的实际情况而选取 2）劈刀选取的好坏直接决定焊线（一 焊&二焊）的外观和产品性能 3）劈刀都是有使用寿命（500k） 4）劈刀的主要尺寸 a. Hole d.FA b. Tip c. CD
依照焊线图将已经黏附在导线架（Leadfream） 上的晶粒（Die）焊垫（Bond Pad）焊上金线以 便导线架外脚与内脚能够连接，使晶粒所设计的 功能能够正常的输出。
金丝（gold wire)
ห้องสมุดไป่ตู้
一焊 （Pad)
二焊 （Lead)
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劈刀规格
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劈刀的选择
Hole径(H)
Hole径是由規定的Wire径(WD)来决定 标准是Wire径的1.3~1.5倍
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二焊的形成
Ultra Sonic Vibration
pad
heat
force
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二焊的形成
Ultra Sonic Vibration
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heat
force
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4.2 第二点键合（stitch bond)：
基本工艺要求：
1.二焊形状：良好的鱼尾形状不能有裂缝 2.拉力强度：达到金丝拉力要求 3.线弧高度：不能紧绷高度适中 4.线弧外形：有直立的距离，圆滑 5.二焊位置：在指定范围内
heat
lead
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PRESSURE
一焊的形成
Ultra Sonic Vibration
pad
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线弧的形成
pad
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Formation of a new free air ball
FAB:自由球
pad
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自由球（FAB)的形成回路
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4.球焊键合介绍
球焊键合，它的工作原理是通过热、压、及超声功率（超声波信号发 生器产生超声驱动压电换能器，由换能杆放大后经劈刀作用于键合点，使 用金丝完成芯片与基板之间的连接。
球焊键合四要素：
关键要素： 振幅大小及振荡频率(POWER) 焊接压力(FORCE) 焊接时间(TIME) 决定金球形状以及焊接的可靠性 辅助要素： 焊接温度(TEMPERATURE）： 加强键合是分子之间的扩散，有利于焊接
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4.3 焊线模式
Normal：正常球焊
BBOS：bond ball on stitch
BSOB：bond stitch on ball 应用： 1.PT LD TO-CAN 自/手动金丝键合
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4.4 球焊设备
Kaijo FB-900/910全自动球焊机
Kaijo LWB3008全自动球焊机
Wetel国产球焊机
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4.5 常见问题
1. 一焊异常&问题：
一焊焊不上&球脱 一焊焊偏&金球短路 球大&球小&球变形 掉金&弹坑
2. 二焊异常&问题：
二焊焊不上&二焊翘起 二焊焊偏 锁球&植球不良 有尾丝&尾丝过长
3. 线弧异常&问题：
金丝坍塌 金丝短路（碰线） 金丝倒伏
4. 其它：
断线 颈部受损 金线受损
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下降搜索焊盘
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下降搜索焊盘
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一焊的形成
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线弧的形成
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线弧的形成
反向高度拉升
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Thanks & The End
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线弧的形成
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二焊的形成
Ultra
Sonic Vibration
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heat
force
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二焊的形成
截线
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二焊的形成
4.1 第一焊点 4.2 第二焊点 4.3 焊线模式 4.4 球焊设备 4.5 常见问题
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1. 键合原理
键合工艺：用导线将半导体芯片上的电极经过键合设备通过施加压力 、机械振动、电能或热能等不同能量于接头处,形成连接接头的一种方法与 外部引脚相连接的工艺，即完成芯片与封装外引脚间的电流通路.
线弧的形成
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线弧的形成
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线弧的形成
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Chamfer径的影响
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Chamfer Angle的影响
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