引线键合及SMT表面贴装实验报告
一、实验目的及内容
1、熟练掌握铝丝引线键合技术，并找到键合强度最大时的参数
2、掌握金丝键合技术，能够进行稳定的键合操作
3、掌握焊料印刷技术，能够通过漏印技术得到对准精确且均匀的焊料凸点
4、通过贴片机进行元件表面贴装，将元件准确贴装到刷涂焊料的基板上，熟
练操作并掌握基本流程
5、使用再流焊设备将贴装元件与基板形成永久性焊接，并得到再流焊曲线
二、实验原理
1、引线键合是用金属细丝将裸芯片的电极焊区与对应的封装外壳的输入与
输出或者基板上金属布线焊区连接起来。连接过程中，一般通过加热、加压、超声等能量，破坏表面氧化层和污染，产生塑性变形，使界面亲密接触产生电子共享和原子扩散形成焊点。键合时，使用键合工具（劈刀）实现。
试验中铝丝键合采用超声波键合，在常温下，利用超声机振动带动丝与膜进行摩擦，使氧化膜破碎，纯净的金属表面相互接触，通过摩擦产生
的热量使金属之间发生扩散，实现连接。
金丝键合采用热压焊金属丝通过预热至300到400摄氏度的氧化铝或碳化钨等耐火材料所制成的毛细管状键合头，再以电火花或氢焰将金属丝
末端融化，熔化金属丝在表面张力的作用下在末端成球状。键合头再将金
属球下压至已经预热到150到250摄氏度的第一金属焊盘上进行球形结合。
结合时，球因受压力而略变形，此压力变形的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的因
素，以形成紧密的结合。
2、焊膏印刷：在印刷焊膏的过程中，基板被放置在工作台上，通过真空或机
械方式紧的夹持住，并在工具或目检设备的帮助下进行对齐。通过丝网或者漏印版刷涂焊膏。本次试验中采用机械方式加持，目测对准，漏印版进行焊膏涂刷。
3、元器件贴装：贴片机是采用计算机控制的自动贴片设备，在贴片之前编制
好贴片程序，通过程序控制贴片机将元器件准确的贴放到印刷好焊膏或贴片胶的PCB表面相对应的位置上。元件送料器、基板(PCB)是固定的，贴片头(安装多个真空吸料嘴)在送料器与基板之间来回移动，将元件从送料器取出，经过对元件位置与方向的调整，然后贴放于基板上。
4、再流焊：再流焊过程是利用钎料膏暂时将一个或多个电子元件与焊盘连接，
整个组装结构经过可控热源后，钎料融化，而永久的连接成接头。加热可由组装结构通过再回流炉、红外灯或通过热风钎焊笔形成单个接头而完成。同时测定再回流过程中的温度曲线。
三、实验设备
超声引线键合机、热压金丝球焊机、强度测试仪、焊膏印刷机、SMT贴片机、再流焊设备
四、实验步骤
1、铝丝键合：①打开超声引线键合机，调整观察透镜可以看到清晰的图像，
穿线，进行复位②将操作面板上自动\手动拨到手动挡，高度\跨度拨到高度，按下操作键合按键，转动调节按钮调节第一个焊点高度，释放键合按键，此时第一键合点完成③再次按下键合按钮，调节第二焊点高度，然后将高度\跨度拨到跨度，调节两焊点之间的跨度，释放按键，第二焊点完成④调节功
率，时间，压力等参数，每次确定两个参数调节另一个参数，找到能够键合上的参数，对不同参数的键合引线进行强度测定，找到强度最大且稳定的组合
2、金丝键合：①打开热压球焊机，穿线，预热，参数由指导老师设定②调节
电火花放电器与毛细管状键合头的距离，使之可以放电将金丝末端熔成小球
③与铝丝键合类似调节两个焊点的高度和跨度，进行五组金丝键合
3、焊膏印刷：①打开供气管道阀门，开机初始化②PCB板定位并固定，安装
模板，并进行图形对准③放下刮刀，涂抹调匀的焊膏④采用点动工作模式进行刷印⑤目视检验，观察焊膏是否偏移焊点或连接，同时检验厚度是否均匀
⑥转到贴装工序，结束
4、电阻及芯片贴装：①检查气压表示数是否符合要求，然后开机②检查吸嘴
显示是否与当前机器上吸嘴一直，然后回初始点③添加供料架，将原有供料架删除，重新添加（将吸嘴移至相应元器件位置，添加供料架，设置参数，然后提取上视镜头，保存图像，丢弃，通过video2将提取的图像保存进去，重复进行该过程即可空缺的供料架直接添加）④添加芯片（添加供料架，吸取上视镜头，将坐标调节到芯片中央，设置中心点，将坐标移动到芯片右下角，提取图像，设置偏移量，点击移至，供料架设置中找吸嘴移至，然后添加video2将提取的图像保存进去）⑤回初始点，找到PCB板，提取mark 点并保存，在定位设置中将其保存进去⑥检测定位点，成功后添加元件，并对元件与芯片进行编号⑦贴装元器件⑧出板并检查
5、再流焊及测定温度曲线：①开机，设置温度和速度等参数，此次试验已经
设定好，不需调整②打开控制面板，等到温度升到设定值③放置贴有元器件
的PCB板进行再流焊，同时用热偶丝测定温度曲线④取出PCB板并保存温度曲线⑤关机结束
五、实验记录及数据处理
1、铝丝键合实验数据：功率每格0.3W，时间每格20ms，压力每格6g力。
通过比较，选取第四组参数为最终参数，功率1.05W，时间70ms，压力18g力（其中两个焊点的参数选取相同）
2、再流焊温度曲线进行保存，通过分析可得出，升温阶段分为三个区，其升
温速率有所不同，从曲线左侧到右侧依次为预热、浸透和再流区，之后是冷却降温区
六、试验中出现的问题及分析，注意事项
1、铝丝键合机中铝丝不可用手触碰
2、每次操作前需要复位
3、金丝球焊机中毛细管键合头被金丝堵住要用王水浸泡
4、金丝球焊机键合底座加热，应注意避免烫伤
5、贴片设备操作前后要打开或关闭空气压缩机
6、操作焊膏印刷机时要注意安全，不要靠近围观
7、焊膏印刷前后将设备清洗干净
8、贴片机操作前检查各个压力表示数是否在规定范围内
9、贴片机操作前检查当前吸嘴是否与显示一致
10、调整坐标时Z方向坐标不要调
11、设备运行过程中不要进行鼠标操作，同时人要远离设备移动区域
12、温度曲线测定时注意不要烫伤
七、心得体会
电子技术是当前迅速发展的技术之一，表面组装技术作为电子组装技术的重要部分已经应用到了许多的领域。引线键合技术也有着广泛的应用。随着技术的发展，半自动和自动化的设备大大提高了生产效率和产品可靠性。
通过此次试验，我们可以更清晰的感受到引线键合技术和表面组装技术的特点和过程，加深了对课堂所学内容的认知。通过实验，了解试验参数对引线键合强度的影响。实际操作再流焊的全过程，使我们对电子组装技术有了更深刻的了解。
引线键合工艺
MEMS器件引线键合工艺（wire bonding） 2007-2-1 11:58:29 以下介绍的引线键合工艺是指内引线键合工艺。MEMS芯片的引线键合的主要技术仍然采用IC芯片的引线键合技术，其主要技术有两种，即热压键合和热超声键合。引线键合基本要求有： （1）首先要对焊盘进行等离子清洗； （2）注意焊盘的大小，选择合适的引线直径； （3）键合时要选好键合点的位置； （4）键合时要注意键合时成球的形状和键合强度； （5）键合时要调整好键合引线的高度和跳线的成线弧度。 常用的引线键合设备有热压键合、超声键合和热超声键合。 （1）热压键合法：热压键合法的机制是低温扩散和塑性流动(Plastic Flow)的结合,使原子发生接触,导致固体扩散键合。键合时承受压力的部位，在一定的时间、温度和压力的周期中，接触的表面就会发生塑性变形(Plastic Deformation)和扩散。塑性变形是破坏任何接触表面所必需的,这样才能使金属的表面之间融合。在键合中,焊丝的变形就是塑性流动。该方法主要用于金丝键合。
（2）超声键合法：焊丝超声键合是塑性流动与摩擦的结合。通过石英晶体或磁力控制，把摩擦的动作传送到一个金属传感器(Metal“HORN”)上。当石英晶体上通电时，金属传感器就会伸延；当断开电压时，传感器就会相应收缩。这些动作通过超声发生器发生，振幅一般在4-5个微米。在传感器的末端装上焊具，当焊具随着传感器伸缩前后振动时，焊丝就在键合点上摩擦，通过由上而下的压力发生塑性变形。大部分塑性变形在键合点承受超声能后发生，压力所致的塑变只是极小的一部分，这是因为超声波在键合点上产生作用时，键合点的硬度就会变弱，使同样的压力产生较大的塑变。该键合方法可用金丝或铝丝键合。 （3）热超声键合法这是同时利用高温和超声能进行键合的方法，用于金丝键合。三种各种引线键合工艺优缺点比较： 1、引线键合工艺过程 引线键合的工艺过程包括：焊盘和外壳清洁、引线键合机的调整、引线键合、检查。外壳清洁方法现在普遍采用分子清洁方法即等离子清洁或紫外线臭氧清洁。 （1）等离子清洁——该方法采用大功率RF源将气体转变为等离子体，高速气体离子轰击键合区表面，通过与污染物分子结合或使其物理分裂而将污染物溅射除去。所采用的气体一般为O2、Ar、N2、80%Ar+20%O2，或80%O2+20%Ar。另外O2/N2等离子也有应用，它是有效去除环氧树脂的除气材料。 （2）外线臭氧清洁通过发射184.9ｍｍ和253.7ｍｍ波长的辐射线进行清洁。过程如下： 184.9 nｍ波长的紫外线能打破O2分子链使之成原子态(O+O)，原子态氧又与其它氧分子结合形成臭氧O3。在253.7nｍ波长紫外线作用下臭氧可以再次分解为原子氧和分子氧。水分子可以被打破形成自由的OH-根。所有这些均可以与碳氢化合物反应以生成CO2+H2O，并最终以气体形式离开键合表面。253.7nｍ波长紫外线还能够打破碳氢化合物的分子键以加速氧化过程。尽管上述两种方法可以去除焊盘表面的有机物污染，但其有效性强烈取决于特定的污染物。例如，氧等离子清洁不能提高Au厚膜的可焊性，其最好的清洁方法是O2+Ar 等离子或溶液清洗方法。另外某些污染物，如Cl离子和F离子不能用上述方法去除，因为可形成化学束缚。
引线键合技术进展
引线键合技术进展 晁宇晴1,2,杨兆建1,乔海灵2 (1.太原理工大学,山西 太原 030024;2.中国电子科技集团公司第二研究所,山西 太原 030024) 摘 要:引线键合以工艺简单、成本低廉、适合多种封装形式而在连接方式中占主导地位。对引线键合工艺、材料、设备和超声引线键合机理的研究进展进行了论述与分析,列出了主要的键合工艺参数和优化方法,球键合和楔键合是引线键合的两种基本形式,热压超声波键合工艺因其加热温度低、键合强度高、有利于器件可靠性等优势而取代热压键合和超声波键合成为键合法的主流,提出了该技术的发展趋势,劈刀设计、键合材料和键合设备的有效集成是获得引线键合完整解决方案的关键。 关键词:引线键合;球键合;楔键合;超声键合;集成电路 中图分类号:T N305 文献标识码:A 文章编号:1001-3474(2007)04-0205-06 Progress on Technology of W i re Bondi n g CHAO Y u-q i n g1,2,YANG Zhao-ji a n1,Q I AO Ha i-li n g2 (1.Ta i yuan Un i versity of Technology,Ta i yuan 030024,Ch i n a 2.CETC No.2Research I n stitute,Ta i yuan 030024,Ch i n a) Abstract:W ire bonding holds the leading positi on of connecti on ways because of its si m p le tech2 niques,l ow cost and variety f or different packaging f or m s.D iscuss and analyz the research p r ogress of wire bonding p r ocess,materials,devices and mechanis m of ultras onic wire bonding.The main p r ocess para me2 ters and op ti m izati on methods were listed.Ball bonding and W edge bonding are the t w o funda mental f or m s of wire bonding.U ltras onic/ther mos onic bonding beca me the main trend instead of ultras onic bonding and ther mos onic bonding because of its l ow heating te mperature,high bonding strength and reliability.A de2 vel opment tendency of wire bonding was menti oned.The integrati on of cap illaries design,bonding materi2 als and bonding devices is the key of integrated s oluti on of wire bonding. Key words:W ire bonding;Ball bonding;W edge bonding;U ltras onic wire bonding;I C D ocu m en t Code:A Arti cle I D:1001-3474(2007)04-0205-06 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]。 引线键合是以非常细小的金属引线的两端分别与芯片和管脚键合而形成电气连接。引线键合前,先从金属带材上截取引线框架材料(外引线),用热 作者简介:晁宇晴(1975-),女,工程硕士,工程师,主要从事电子专用设备的研制与开发工作。502 第28卷第4期2007年7月 电子工艺技术 Electr onics Pr ocess Technol ogy
铜丝引线键合技术的发展
铜丝引线键合技术的发展 摘要铜丝引线键合有望取代金丝引线键合，在集成电路封装中获得大规模应用。论文从键合工艺﹑接头强度评估﹑键合机理以及最新的研究手段等方面简述了近年来铜丝引线键合技术的发展情况，讨论了现有研究的成果和不足，指出了未来铜丝引线键合技术的研究发展方向，对铜丝在集成电路封装中的大规模应用以及半导体集成电路工业在国内高水平和快速发展具有重要的意义。 关键词集成电路封装铜丝引线键合工艺 1.铜丝引线键合的研究意义 目前超过90%的集成电路的封装是采用引线键合技术。引线键合（wire bonding）又称线焊，即用金属细丝将裸芯片电极焊区与电子封装外壳的输入/输出引线或基板上的金属布线焊区连接起来。连接过程一般通过加热﹑加压﹑超声等能量借助键合工具（劈刀）实现。按外加能量形式的不同，引线键合可分为热压键合﹑超声键合和热超声键合。按劈刀的不同，可分为楔形键合（wedge bonding）和球形键合(ball bonding)。目前金丝球形热超声键合是最普遍采用的引线键合技术，其键合过程如图1所示。 由于金丝价格昂贵﹑成本高，并且Au/Al金属学系统易产生有害的金属间化合物，使键合处产生空腔，电阻急剧增大，导电性破坏甚至产生裂缝，严重影响接头性能。因此人们一直尝试使用其它金属替代金。由于铜丝价格便宜，成本低，具有较高的导电导热性，并且金属间化合物生长速率低于Au/Al，不易形成有害的金属间化合物。近年来，铜丝引线键合日益引起人们的兴趣。 但是，铜丝引线键合技术在近些年才开始用于集成电路的封装，与金丝近半个世纪的应用实践相比还很不成熟，缺乏基础研究﹑工艺理论和实践经验。近年来许多学者对这些问题进行了多项研究工作。论文将对铜丝引线键合的研究内容和成果作简要的介绍，并从工艺设计和接头性能评估两方面探讨铜丝引线键合的研究内容和发展方向。
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 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
铜丝在引线键合技术的发展及其合金的应用
铜丝在引线键合技术的发展及其合金的应用 一、简介 目前超过90%的集成电路的封装是采用引线键合技术,引线键合,又称线焊。即用金属细丝将裸芯片电极焊区与电子封装外壳的输入，输出引线或基板上的金属布线焊区连接起来。连接过程一般通过加热、加压、超声等能量，借助键合工具“劈刀”实现。按外加能量形式的不同，引线键合可分为热压键合、超声键合和热超声键合。按劈刀的不同，可分为楔形键合和球形键合。 引线键合工艺中所用导电丝主要有金丝、铜丝和铝丝，由于金丝价格昂贵、成本高，并且Au/Al金属学系统易产生有害的金属间化合物，使键合处产生空腔，电阻急剧增大，导电性破坏甚至产生裂缝，严重影响接头性能。因此人们一直尝试使用其它金属替代金，由于铜丝价格便宜、成本低、具有较高的导电导热性，并且Cu/Al金属间化合物生长速于Au/Al，不易形成有害的金属间化合物。近年来，铜丝引线键合日益引起人们的兴趣。 二、铜丝键合的工艺 当今，全球的IC制造商普遍采用3种金属互连工艺，即：铜丝与晶片铝金属化层的键合工艺，金丝与晶片铜金属化层的键合工艺以及铜丝与晶片铜金属化层的键合工艺。近年来第一种工艺用得最为广泛，后两者则是今后的发展方向。 1. 铜丝与晶片铝金属化层的键合工艺 近年来，人们对铜丝焊、劈刀材料及新型的合金焊丝进行了一些新的工艺研究，克服了铜易氧化及难以焊接的缺陷。采用铜丝键合不但使封装成本下降，更主要的是作为互连材料，铜的物理特性优于金。特别是采用以下’3种新工艺，更能确保铜丝键合的稳定性。 （1）充惰性气体的EFO工艺：常规用于金丝球焊工艺中的EFO是在形成焊球过程中的一种电火花放电。但对于铜丝球焊来说，在成球的瞬间，放电温度极高，由于剧烈膨胀，气氛瞬时呈真空状态，但这种气氛很快和周围的大气相混合，常造成焊球变形或氧化。氧化的焊球比那些无氧化层的焊球明显坚硬，而且不易焊接。新型EFO工艺是在成球过程中增加惰性气体保护功能，即在一个专利悬空管内充入氮气，确保在成球的一瞬间与周围的空气完全隔离，以防止焊球氧化，焊球质量极好，焊接工艺比较完善。这种新工艺不需要降低周围气体的含氧量，用通用的氮气即可，因此降低了成本。
绝缘引线键合技术的应用
绝缘引线键合技术的应用 作者：()、() ，公司 随着半导体封装持续朝着多引脚、小间距及多列多层叠的方向发展，引线键合技术正面临越来越大的挑战。被称为的绝缘引线键合技术已经在2006年路线图上被提出，作为一种可行的、经济的解决方案实现复杂封装，提高封装性能和高密度封装的成品率。要成功实施绝缘引线键合技术，必须做到将此技术以低成本集成到现有的封装基础设备中。具体来说，就要求绝缘引线键合技术能在现有的引线键合平台上达到现有的标准、规范和性能。 绝缘引线键合的优势 电子连接重要的第一步是芯片级别连接，也被称为第一级连接。这一连接将在很大程度上决定可以从芯片上获得多少性能。性能虽然很关键，但是产品经理也不会因此就忽视其他经济因素。对封装技术而言一个全面的利益/成本分析必须包括以下几个方面，即对成本、性能、尺寸/密度、和上市时间的评估。 芯片到芯片或芯片到基板的第一级连接技术中，有两种方式一直在工业中占主导地位，即引线键合和倒装芯片。其中引线键合，由于其灵活性和经济性，在市场中占90%以上。 但是，在绝缘引线键合出现之前，引线键合的局限性在于连接被限制在芯片的四周，当芯片数量增加时，就需要使用区域阵列技术，使芯片的不再被局限在芯片的四周。引线键合的另外一个问题是长的、平行的引线之间的自感应，这点可以通过使用交叉和紧密排放的绝缘引线得以缓解。 绝缘引线键合有人们熟知的众多优点。从整体利益/成本分析，绝缘引线键合可以提供最优的成本，即能够使用最低成本的引线键合设备；从性能方面分析，绝缘引线键合能够在芯片单位面积上提供更多的连接点，使用低成本的更小的芯片，降低键合点的限制。 另外，绝缘引线键合能够以最高的带宽将芯片直接连接起来，降低了芯片的叠层和基板
引线键合
引线键合(wire bonding，WB) 引线键合的定义：用金属丝将芯片的I/O端（内侧引线端子）与相对应的封装引脚或者基板上布线焊区（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。 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↘50μｍ，↘30 μｍ； ? 节距：100 μm ↘55 μm，↘35 μm ； ? 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。 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（适用于几乎所有的半导体集成电路元件，操作方便，封装密度高，但引线长，测试性差） 1.陶瓷和塑料BGA、单芯片或者多芯片 2.陶瓷和塑料(CerQuads and PQFPs) 3.芯片尺寸封装(CSPs) 4.板上芯片(COB) 两种键合焊盘 1.球形键合 球形键合第一键合点第二键合点2.楔形键合
楔形键合第一键合点第二键合点 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。 机理及特点 1.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。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。 特点：1.适合细丝、粗丝以及金属扁带。 2.不需外部加热，对器件无热影响 3.可以实现在玻璃、陶瓷上的连接 4.适用于微小区域的连接 步骤： 2.热压焊：金属线过预热至约300至400℃的氧化铝(Al 2 O 3 )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
引线键合的失效机理
引线键合的失效机理 小组成员：08521201樊量：什么是引线键合，常用的焊线方法 08023205高乐：键合工艺差错造成的失效 08023207王全：热循环使引线疲劳而失效 08023208高灿：金属间化合物使Au—Al系统失效 08023214徐国旺：内引线断裂和脱键产生的原因及其影响 08023215冯超：内引线断裂和脱键产生的原因及其影响 08023130黄宏耀：键合应力过大造成的失效
目录 1、引线键合---------------------------------------------------3 1.1常用的焊线方法-------------------------------------------3 1.1.1热压键合法--------------------------------------------3 1.1.2超声键合法--------------------------------------------3 1.1.3热超声键合法------------------------------------------3 1.1.4三种各种引线键合工艺优缺点比较------------------------4 1.2引线键合工艺过程-----------------------------------------4 2、键合工艺差错造成的失----------------------------------------6 2.1焊盘出坑------------------------------------------------7 2.2尾丝不一致----------------------------------------------7 2.3键合剥离------------------------------------------------7 2.4引线弯曲疲劳--------------------------------------------7 2.5键合点和焊盘腐蚀----------------------------------------7 2.6引线框架腐蚀--------------------------------------------8 2.7金属迁移------------------------------------------------8 2.8振动疲劳------------------------------------------------8 3、内引线断裂和脱键--------------------------------------------8 4、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----------------------------------9 4.3改善方法------------------------------------------------10 5、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----------------------------10 5.3引线疲劳------------------------------------------------11 6、键合应力过大造成的失效-------------------------------------11 参考文献-------------------------------------------------------12
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。所以在大批量、高可靠的产品中,金丝球焊工艺要比铜丝球焊工艺更稳定更可靠。然而,随着微电子行业新工艺和新技术的出现及应用,当今对封装尺寸和型式都有更高、更新的要求。首先是要求键合丝更细,封装密度更高而成本更低。因此,铜键合丝又引起了人们的重视。无锡市霍尼科技采用新型工艺生产的单晶铜，利用专利工艺技术拉制成的键合铜丝完全解决了线径太小，容易氧化的问题。霍尼科技的单晶铜键合丝有如下特点：
引线键合工艺及其影响因素的研究完整版新
成都电子机械高等专科学校 毕业论文 题目引线键合工艺及其影响因素的研究 研究引线键合工艺及其影响因素 ＿＿着重金丝球键合分析 内容提要 引线键合就是用非常细小的线把芯片上焊盘和引线框架(或者基板)连接起来的过程。金线焊接工艺，是引线键合工艺的一种。它是利用金线将芯片上的信号引出到封装外壳的管脚上的工艺过程。本文主要探讨集成电路封装中金丝球键合工技术以及影响因素。 关键字引线键合工艺热超声焊球形焊接步骤引线键合线弧技术影响因素 WB与塑封的关系 目录 绪论 一 ………………………………………………………集成电路封装测试工艺流程简介 ▲前道工艺▲后道工艺
贴膜注模 研磨激光打印 抛光烘烤 晶片装裱电镀 切割电镀后烘烤 第二道外观检查料片装裱 焊片切割 银浆烘烤去粘 等离子清洗拣装 焊线（wire bond）第四道检查 第三道外观检查测试，包装，出货 二 …………………………金丝球焊线机简述 2.1 …………………………………引线键合工艺介绍 2.2…………………………………引线键合机的介绍 2.2.1…………………………键合机校正系统设计与实现 金球引线键合（Gold Ball Wire Bonding） 循序渐进的键合工艺 2.2.2 …………………………………………………………校正系统设计 2.2.2.1……………………………………………………伺服系统校正 2.2.2.2……………………………………图像系统校正（PRS） 2.2.2.3…………………………………………物料系统校正（MHS） 2.2.2.4……………………………………热台压板电动机校正 2.2.2.5………………………………………前后导轨电动机校正 2.2.2.6…………………………………………进出料电动机校正 2.2.2.7………………………………………键合头十字坐标校正 2.2.2.8 ………………………………………EFO打火高度校正 2.2.2.9 ……………………………………………USG校正 2.2.2.10…………………………………………键合压力校正 三. …………………………………………………引线键合的质量检测 3.1……………………………………对键合焊球形貌外观检测 3.1.1…………………………………………………两键合点的形状 3.1.2…………………………………………键合点在焊盘上的位置
引线键合及SMT表面贴装实验报告
一、实验目的及内容 1、熟练掌握铝丝引线键合技术，并找到键合强度最大时的参数 2、掌握金丝键合技术，能够进行稳定的键合操作 3、掌握焊料印刷技术，能够通过漏印技术得到对准精确且均匀的焊料凸点 4、通过贴片机进行元件表面贴装，将元件准确贴装到刷涂焊料的基板上，熟 练操作并掌握基本流程 5、使用再流焊设备将贴装元件与基板形成永久性焊接，并得到再流焊曲线 二、实验原理 1、引线键合是用金属细丝将裸芯片的电极焊区与对应的封装外壳的输入与 输出或者基板上金属布线焊区连接起来。连接过程中，一般通过加热、加压、超声等能量，破坏表面氧化层和污染，产生塑性变形，使界面亲密接触产生电子共享和原子扩散形成焊点。键合时，使用键合工具（劈刀）实现。 试验中铝丝键合采用超声波键合，在常温下，利用超声机振动带动丝与膜进行摩擦，使氧化膜破碎，纯净的金属表面相互接触，通过摩擦产生 的热量使金属之间发生扩散，实现连接。 金丝键合采用热压焊金属丝通过预热至300到400摄氏度的氧化铝或碳化钨等耐火材料所制成的毛细管状键合头，再以电火花或氢焰将金属丝 末端融化，熔化金属丝在表面张力的作用下在末端成球状。键合头再将金 属球下压至已经预热到150到250摄氏度的第一金属焊盘上进行球形结合。 结合时，球因受压力而略变形，此压力变形的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的因 素，以形成紧密的结合。
2、焊膏印刷：在印刷焊膏的过程中，基板被放置在工作台上，通过真空或机 械方式紧的夹持住，并在工具或目检设备的帮助下进行对齐。通过丝网或者漏印版刷涂焊膏。本次试验中采用机械方式加持，目测对准，漏印版进行焊膏涂刷。 3、元器件贴装：贴片机是采用计算机控制的自动贴片设备，在贴片之前编制 好贴片程序，通过程序控制贴片机将元器件准确的贴放到印刷好焊膏或贴片胶的PCB表面相对应的位置上。元件送料器、基板(PCB)是固定的，贴片头(安装多个真空吸料嘴)在送料器与基板之间来回移动，将元件从送料器取出，经过对元件位置与方向的调整，然后贴放于基板上。 4、再流焊：再流焊过程是利用钎料膏暂时将一个或多个电子元件与焊盘连接， 整个组装结构经过可控热源后，钎料融化，而永久的连接成接头。加热可由组装结构通过再回流炉、红外灯或通过热风钎焊笔形成单个接头而完成。同时测定再回流过程中的温度曲线。 三、实验设备 超声引线键合机、热压金丝球焊机、强度测试仪、焊膏印刷机、SMT贴片机、再流焊设备 四、实验步骤 1、铝丝键合：①打开超声引线键合机，调整观察透镜可以看到清晰的图像， 穿线，进行复位②将操作面板上自动\手动拨到手动挡，高度\跨度拨到高度，按下操作键合按键，转动调节按钮调节第一个焊点高度，释放键合按键，此时第一键合点完成③再次按下键合按钮，调节第二焊点高度，然后将高度\跨度拨到跨度，调节两焊点之间的跨度，释放按键，第二焊点完成④调节功
电子封装中引线键合的焊接工艺参数优化-朱志伟
研究生课程论文 (2016-2017学年第二学期) 电子封装中引线键合的焊接工艺参数优化 研究生：朱志伟
电子封装中引线键合的焊接工艺参数优化 摘要：封装中引线键合过程中出现的可靠性问题，如封装中引线键合的失效，其中主要有焊点的断裂和脱落、焊线的断裂和偏移及焊点和焊盘接触界面的断裂等。键合过程中键合参数的不匹配，如键合功率和键合压力的不匹配，就可能导致燥点的断裂或者焊盘的断裂导致封装结构体的失效。现采用正交优化实验方法来优化焊接过程中的键合参数，研究焊接参数对于焊线可靠性的影响。引线键合过程的焊接工艺参数有键合温度、键合时间、键合功率、键合压力及烧球时间、烧球电流和尾丝长度等。研究将分别从烧球正交实验、线尾正交实验出发，对上述键合工艺参数进行实验优化，目的是通过优化键合工艺参数确定引线键合的最优工艺，以期为键合技术找到最佳的工艺窗口。 关键字：引线键合；引线结构参数；正交实验 引言 随着电子系统的小型化、多功能、高性能、高可靠性和低成本化，先进封装技术已成为半导体行业关注的重要焦点之一。由于系统级封装技术[1]（SIP）兼具尺寸小、开发周期短和开发弹性等优势，因而被广泛应用在许多领域。 封装中引线键合[2]过程中出现的可靠性问题对于封装可靠性的影响是至关重要的，封装中引线键合的失效主要有焊点的断裂和脱落[3]、焊线的断裂和偏移[4]及焊点和焊盘接触界面的断裂[5]等一系列失效问题。键合过程中键合参数[6]的不匹配，如键合功率和键合压力的不匹配，就可能导致燥点的断裂或者焊盘的断裂导致封装结构体的失效。采用正交优化实验方法，优化焊接过程中的键合参数，研究焊接参数对于焊线可靠性的影响。 所谓正交实验就是优化多因素、多水平的工艺参数的一种实验方法，它是从全面实验中挑选出部分有代表性的点进行实验，这些有代表性的点具备“均匀分散，齐整可比”的特点，它是分式析因设计的主要方法。 一、引线键合实验研究 1、引线键合实验设备 ASM Eagle60-X2L焊线机 Dage-Series 4000型号推拉力测试仪 Leica DVM 2500数字显微镜 2、引线键合材料 8mil金线：贺利氏招远（常熟）电子材料有限公司生产（4N金线），性能参数如下：电阻率为2.4-2.7uohms/cm，弹性模量为85-100GPa，抗张强度≥250N/mm2，延展率为2-6%。芯片和基板的尺寸如下表1-1所示： 表1-1 材料及其尺寸表
超声参数对引线键合性能的影响
超声参数对引线键合性能的影响 摘要：介绍了超声引线键合技术的基本技术路线和基本原理，分析了超声波的功率、频率、振动轨迹及压力等参数对超声引线键合性能的影响。相比其它影响参数，采用高频或频复杂振动系统最有利于提高键合性能。 关键词：超声，引线键合，超声焊接 The influence of ultrasonic parameters in wire bonding performance Zhou Guangping1 Liang Zhaofeng1 Zhang Yang2 Lu Yigang2 (1. Shenzhen Polytechnic; 2. College of Physics and Technology, South China University of Technology) ABSTRACT: In this paper, the basic technical rout and the principle of the ultrasonic wire bonding technology were introduced. The parameters, such as ultrasonic power, frequency, the vibration locus, force, etc, which influence the performance of ultrasonic wire bonding, were analyzed. Compared with other influence parameters, the using of high-frequency system or high-frequency complex system is most in favor of increasing bonding performance. KETWORDS: ultrasonic; wire bonding; ultrasonic welding 引言 在超大规模集成电路中，引线键合是封装工艺中半导体芯片和外界连接的关键性工艺，也是最通用最简单而有效的一种连接方式[1-2]。当今，引线键合仍然是第一级连接的主要形式[3]。引线键合(WB)技术是用金属丝将集成电路(IC)芯片上的电极引线与集成电路底座外引线连接在一起的工艺过程，通常采用热压、热超声和超声方法进行，现在常用的键合方法主要是热超声和超声方法，热超声键合已逐步取代了热压键合[4]。 引线键合机的工艺技术涉及光、机、电及软件的设计控制等许多方面[5]。因国外的技术限制，我们国家在这种设备上主要依赖于进口，特别是全自动键合机。在超声焊接系统与工艺方面，主要研究外部条件，如超声波的功率、频率、振动轨迹、振幅、焊接压力的大小、键合时的温度等工艺参数，对键合性能的影响。对于超声工作者，主要研究超声振动系统对于键合性能的影响。本文主要探讨键合机中超声参数对键合性能的影响。 1 超声引线键合技术 一般的引线键合机的超声系统由电信号发生器、换能器（包括压电换能器和聚能器）以及键合工具组成，如图1所示。 电信号发生器是向超声换能器提供超声频电能的一种装置，换能器由压电换能器和聚能器（又称变幅杆）两部分组成，压电换能器将电能转变为机械能，聚能器在传递压电换能器所转换成的振动能量的同时，实现放大输出振幅的功能，键合工具的作用是通过与引线的接触传递超声能，并在静态压力、温度的配合下实现引线与焊盘的键合。 超声键合方法是利用超声波的能量，使金属丝与电极在常温下直接键合，其键合工具头呈楔形，故又称楔键合（楔压焊）。热超声键合方法是先用高压电火花使金属丝端部形成球形，然后在IC芯片上球焊，再在管壳基板上楔焊，故又称为球键合。目前大约有93%的半导体封装采用球键合工艺，5%采用楔键合工艺，其中最为广泛采用的是热超声Ａu丝球键合，主要原因是其键合速度快于超声波Ａl丝楔键合[4,6]。