劈刀安装长度对引线键合强度影响的实验研究

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金线键合工艺的质量控制-KSY版-2012

金线键合工艺的质量控制孙伟（沈阳中光电子有限公司辽宁沈阳）摘要：本文介绍引线（Au Wire）键合的工艺参数及其作用原理，技术要求和相关产品品质管控规范，讨论了劈刀、金线等工具盒原材料对键合质量的影响。

关键词：半导体器件(LED),键合金丝；键合功率；键合时间；劈刀；引线支架一引言半导体器件（光电传感器）LED芯片是采用金球热超声波键合工艺，即利用热能、压力、超声将芯片电极和支架上的键合区利用Au线及Ag线试作中（Cu 线也在试验中）对应键合起来，完成产品内、外引线的连接工作。

也是当今半导体IC行业的主要技术课题，因为在键合技术中，会出现设备报警NSOP/NSOL等常规不良，焊接过程中的干扰性等不良，在半导体行业中，键合工艺仍然需要完善，工艺参数需要优化等，键合工艺技术在随着全球经济危机下，随着原材料工艺变革和价格调整下不断探索Bonding新领域的发展。

已经建立了相对晚上的Bonding优化条件的体系中，在原材料的经济大战中，工艺技术将进一步推动优化Bonding条件体系二技术要求2.1 键合位置及焊点形状要求（1）键合第一焊点金球Ball不能有1/4的Bonding到芯片电极之外，不能触及到P型层与N型层分界线。

如下图1所示为GaAs单电极芯片Bonding 状态对比Photo：(2) 第二焊点不得超过支架键合区域范围之内，如图2所示.(3)第一焊点球径A约是引线丝直径Ø的3.5倍（现行1.2MIL金线使用，Ball Size 中心值控制在105um）左右，金球Ball形变均匀良好，引线与球同心，第二焊点形状如楔形，其宽度D约是引线直径Ø的4倍（即目标值：120um）左右，球型厚度H为引线直径Ø的0.6~0.8倍。

金球根部不能有明显的损伤或者变细的现象，第二焊点楔形处不能有明显裂纹。

图3为劈刀作用金球形变Ball形态的示意图。

图4 第二焊点形状：（4）键合后其其他表现技术要求规范：无多余焊丝，无掉片，无损伤芯片，无压伤电极。

双键合点破坏性引线键合拉力试验误差

双键合点破坏性引线键合拉力试验误差摘要：在双键合点破坏性拉力试验中，吊钩位置及引线的弧线高度会直接影响测量结果，但在GJB 548A中对此并未作出严格的规定。

基于此，本文就以上两因素对测量值大小的具体影响进行了讨论，并针对不同的情况提出了相应的改进措施。

分析表明，当放置吊钩位置的误差为±10%时，同时当吊钩与两边引线的夹角均为120度，由此所造成的测量偏差为-5~0%，但当两引线间的夹角减小至100度时，测量偏差将达20~29%。

可利用带标尺的目镜控制吊钩的位置，同时建议将测试完成后两引线间的夹角大小作为一测试的参数，从而可在一定程度上减小测量的误差，并使得不同测试结果具有直接的可比性。

关键词：破坏性键合拉力试验；键合强度；测量误差1 引言键合强度的大小是衡量引线键合质量的重要标准之一。

具有高键合强度的引线在实际使用过程中承受各种机械运动而产生应力的能力更强，因而器件的可靠性也就更高。

在GJB 548A"微电子器件试验方法和程序"中涉及检测键合强度的大小及分布的有方法201lA(破坏性键合拉力试验)和方法2023A(非破坏性拉力试验)[1]，从而为引线键合强度的测试提供了相对统一及严格的试验方法和程序。

而其中双键合点引线拉力的破坏性试验由于其良好的可操作性，已成为目前最重要的键合质量检测手段之一。

但应当指出，在双键合点引线拉力试验中，由于检测的结果与吊钩所处的位置以及所测引线的弧线高度密切相关，测试值与实际键合强度的大小具有较大的差别。

基与此，本文讨论了当前双键合点引线拉力试验中所存在问题，分析了吊钩所处的位置及引线弧线高度对测试结果的影响，并有针对性地提出了相应的改进措施。

2 影响双键合点引线拉力测试结果的因素2．1 吊钩位置对键合强度测量值的影响对双键合引线拉力试验而言，较理想的测试条件是试验过程中吊钩与其两边的引线均呈120度角分布，只有这样才可以保证施加的力与吊钩两边引线所受到的拉力相等。

拉钩位置对引线拉力试验键合强度测试值影响分析

拉钩位置对引线拉力试验键合强度测试值影响分析凌勇;吕音【摘要】The paper introduces the mechanics model of double bond pulling test and analyzes the effects of main factors such as hook position, arc length, bonding point height difference on the result of this test, discussing about the difference of double bond pulling test betweenGJB548B-2005 method 2011.1 and MIL-STD-883J method 2011.9. In the end the paper gives some suggestions for improvement of the test method.%通过建立键合点键合拉力试验的力学模型，分析了吊钩位置、弧线长度、键合点高度差等对测试结果的影响。

并比较了GJB548-2005方法2011.1与MIL-STD-883J方法2011.9关于双键合点键合拉力试验拉钩位置的具体差异，最后提出了相关改进建议。

【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】4页(P1-4)【关键词】双键合点拉力测试;吊钩位置;弧长;键合点高度差【作者】凌勇;吕音【作者单位】中国电子科技集团公司第58研究所，江苏无锡 214035;中国电子科技集团公司第58研究所，江苏无锡 214035【正文语种】中文【中图分类】TN305.94引线键合拉力试验的目的是用于测量键合强度，评估键合强度分布或测定键合强度是否符合适用的订购文件的相关要求。

GJB 548B-2005方法2011.1和方法2023.2为引线键合强度的测试提供了相对统一的试验方法和程序。

混凝土立方体劈拉强度尺寸效应试验研究

混凝土立方体劈拉强度尺寸效应试验研究谢胜涛;申粘红;韩双双;吴晨【摘要】为研究混凝土立方体劈裂抗拉强度尺寸效应现象，开展了不同强度等级边长的立方体试块劈裂抗拉试验，揭示了混凝土立方体劈裂抗拉强度尺寸规律，研究结果表明：不同强度等级下混凝土立方体劈裂抗拉强度均存在尺寸效应现象，强度等级越高，劈裂抗拉强度尺寸效应越显著。

%To research the phenomenon that splitting cleavage strength of concrete cube size effect. It launches splitting tensile strength test of cube components with different strength degree and different side length,and demonstrates splitting tensile strength size and law of concrete cube. The results prove that in the difference strength,there are splitting cleavage strength of concrete cube size effect,and the higher strength grade, the phenomenon become more apparent.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2016(042)013【总页数】2页(P116-117)【关键词】混凝土;劈裂抗拉强度;尺寸效应;强度等级【作者】谢胜涛;申粘红;韩双双;吴晨【作者单位】防灾科技学院，河北三河 065201;防灾科技学院，河北三河065201;防灾科技学院，河北三河 065201;防灾科技学院，河北三河 065201【正文语种】中文【中图分类】TU528混凝土材料是土木工程中最常用的建筑材料，由于原材料来源广泛、价格低廉、耐久性优良、便于施工、能适应各种不同的用途和使用环境等诸多优点，在工程结构中得到广泛应用。

引线键合的失效机理及分析

引线键合的失效机理及分析贺玲;刘洪涛【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％～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.%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 bond-ing 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％～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.【期刊名称】《微处理机》【年(卷),期】2017(038)006【总页数】4页(P17-20)【关键词】引线键合;失效机理;稳定性;可靠性;失效模式;断裂【作者】贺玲;刘洪涛【作者单位】中国电子科技集团公司第47研究所,沈阳110032;中国电子科技集团公司第47研究所,沈阳110032【正文语种】中文【中图分类】TN43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]。

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。

引线键合劈刀超声振动信号的时频分析

维普资讯
第２第４期６卷
２００６年１２月
振动、试与诊断测
Ｊｕｎｌｏｂａｉｎ。ｅｓｒｍｅｔ＆ＤｉｇｏｉｏｒａｆＶｉｒｔｏＭａｕｅｎａｎｓｓ
Ｖｏ１２６Ｎｏ．４．Ｄｅ．２０６ｃ０
真Ｌ］即便采用试验方法获得劈刀的实际范围内分析［。也４］
由于热超声键合过程存在键合点空间高度局部化及时间瞬态性等特点，合点信号的提取相当困键
难，因此信号处理方法显得相当重要。文采用激光本Ｄｐｌｒ非接触测试方法，得粗铝丝引线键合过ｏｐｅ获
（）合点局部图ｂ键
铝丝
刀
验
引线键合系统主要是由超声发生器、Ｚ锫钛ＰＴ（酸铅压电陶瓷）换能器、变幅杆、劈刀等部分组成。图１
（）系统组成ａ
典型键合参数：声频率６Ｈｚ压力６０ｇ室温；超０ｋ；０；键合时间５；３００ｍｓ０ｍ铝丝图１超声引线键合系统
从图３可得，时域图提供的信息包括：合过程历经键的时间为３；２ｍｓ劈刀振动速度幅值大致为０３ｓ．４ｍ／
的正弦波；在键合开始６７ｍｓ阶段振动幅值逐渐上．升，达到稳定阶段；并在键合后期的２ｍｓ阶段振动信号幅值缓慢下降以至结束；３４．在．～４５ｍｓ阶段内振动信号受到来自外界的干扰。时域图并没有提供振动信号包含哪些频率成分以及能量的变化。同

大学物理劈尖干涉实验的改进

大学物理劈尖干涉实验的改进贵州民族大学机械电子工程学院贵州贵阳刘江涛童红李林福马彦兵李芳琼基金项目:国家自然科学基金资助项目项目名称“利用时域有限差分法研究D i rac量子体系中的超快相干输运过程”(项目编号11364033)【内容摘要】劈尖干涉实验是大学物理中一个重要的学生实验,对学生理解干涉现象具有重要的意义。

我们研究发现若在空气劈尖上下界面蒸镀一层银纳米薄膜,可以提高干涉条纹的亮度和对比度,并获得更为锐利的干涉条纹。

此研究可以为劈尖干涉教学实验仪器的设计提供指导。

【关键词】劈尖干涉实验改进计算机模拟中图分类号:O436.1文献标识码:A1.引言薄膜干涉是大学物理光学部分中的重要内容。

薄膜干涉是学生理解光的干涉效应的重要实例之一。

劈尖干涉是薄膜干涉中最重要的内容之一。

劈尖干涉是在两片贴合的玻璃一端放入细丝,玻璃片之间由空气构成的空气劈尖。

劈尖干涉在样品表面缺陷检测、金属细丝的直径、杨氏模量、热膨胀系数的测定中具有重要的应用,也是大学物理实验内容之一。

且这一实验可以很好的和大学物理中的理论分析相结合,获得出现干涉增强和干涉减弱的物理参数,从而帮助学生的理解其物理机制。

然而普通玻璃的反射率较小,其干涉条纹最大反射率大约只有16%,干涉条纹较暗。

此外,微腔效应不明显,明暗条纹宽带大致相同,干涉条纹不够锐利,测量误差较大。

对此,我们利用转移矩阵方法研究了对此实验的改进。

研究发现在劈尖界面蒸镀一层几十纳米厚的银薄膜,可以提高干涉条纹的亮度和对比度,并获得更为锐利的干涉条纹。

2.劈尖干涉的改进在劈尖干涉实验中为了获得更好的平行入射光线、减小定域的影响需要采用更小的光源以获得更清晰的干涉条纹。

然而,光源越小其发光强度就越小。

普通玻璃的反射率较小,其干涉条纹最大反射率大约只有16%,干涉条纹较暗。

此外,微腔效应不明显,明暗条纹宽带大致相同,干涉条纹不够锐利,测量误差较大。

那么能不能用较高折射率的材料代替普通玻璃以提高反射率?对此我们研究了Z nS介质层所构成的劈尖中的干涉。

引线键合

11
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。
29
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
30
5
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。
35
36
6
2013/1/14
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。
31
2013/1/14
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

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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１００ｇ精度１ｇ０，。采用剪切力测试作为键合强度的评判标准，力时均由键合点侧向施加推力，图测如
ＳｔｄｎｔｆｃｆＤｉｆｒｎｏｎｔｄＬｅｔｆＣａｌａｙｔｕｙｏｈｅＥｆｅｔｏｆｅｅｔＭｕｅｎｇｈｏｐｉｌｒｏＷｉｅＢｏｄｎｇＳｒｎｔｒｎｉｔｅｇｈ
板为表面镀银铝板，寸为２尺０ｍｍ × ５０ｍｍ ×
０３ｍｉ。据采集由ＰＶ４０Ｍ２激光测速仪采集．Ｄ数＿ｓ一０一卡及虚拟仪器专用软件Ｌｂｉｗ完成，键合全过ａｖｅ对
程进行监测。测力装置由Ｓ１Ｎ一０测力计改装而成，程０量～
ｉｆｕｎｅｏｈｏｄｎｕｌｙａｉｅｅｔｃｐｌｒｕｔｄｌｎｔｏｄｔｎ．ＥｘｅｉｎｅｕｔｌｏｓｏｄｎｌｅｃｎｔｅｂｎｉｇｑａｉｔｄｆｒｎａｉａｙｍｏｎｅｅｇｈｃｎｉｉｓｔｆｌｏｐｒｍｅｔｒｓｌａｓｈｗｅｓｔａｏｄｎｔｅｇｈｃｒｅｔａｄｖｌａｅｗｏｌｉｅｔｄｆｅｅｔｍｏｎｅｅｇｈｏｈａｉａｙＴｈｅｕｔｆｈｔｂｎｉｇｓｒｎｔｕｒｎｎｏｔｇｕｄｄｆｒａｉｆｒｎｕｔｄｌｎｔｆｔｅｃｐｌｒ．ｆｌｅｒｓｌｏｓｔｉａｔｃｅｍｉｈｅｒｆｒｎｅｆｒｔｅｓｌｃｆｔｅｃｐｌｒｕｔｄｌｎｔｎｕｔａｏｉｗｉｅｂｎｉｇｐｏｅｓｈｓｒｉｌｇｔｂｅｅｅｃｏｈｅｅｔｈａｉａｙｍｏｎｅｅｇｈｉｌｓｎｃｒｏｄｎｒｃｓ．ｏｌｒ
不同劈刀安装长度对引线键合质量形成的影响，时对引线键合过程中换能系统电流、压及功率进行了分析，同电发现不同劈刀安装长度会导致引线键合质量、流及功率较为明显的键合中劈刀电安装长度的选择提供参考。关键词：刀安装长度；声引线键合；合强度劈超键中图分类号：Ｎ４７Ｔ０文献标识码：Ａ
劈刀安装长度对引线键合强度影响的实验研究
姚钢，韩雷
（中南大学机电工程学院，南长沙４０８）湖１０３
摘要：超声引线键合中引线键合质量受到多种因素的影响。该文通过实验，察了超声引线键合过程中在观
维普资讯
第３卷第４０期
２０年８０８月
压
电
与
声
光
Ｖｏ．ＯＮＯ４Ｉ３．
Ａｕｇ．２８００
ＰＥＺＩ０ＥＬＥＣＴＥＣＴＲＩＣＳ＆ＡＣＯＵＳＴＯＯＰＣＳＴＩ
文章编号：０４２７（０８０ —４４０１０ —４４２０）４０１－３
ＹＡＯａｇ，ＨＡＮｉＧｎＬｅ
（ｌｇｅｏｈｅｔｏｃａｉａｇｎｅｉｇ，ＣｅｔａｏｔｉｅｓｔＣｏｌｆｔｅＥｌｃｒｍｅｈｎｃｌＥｎｉｅｒｎｅｎｒｌＳｕｈＵｎｖｒｉｙ，Ｃｈｎｓａ４０８３Ｃｈｎ）ａｇｈ１０，ｉａ
Ｋｅｒｓ：ｏｕｎｔｄｌｎｇｔａｐｌｒｙｗｏｄｍｅｅｈｏｆｃｉｌｙ；ｕｌｒｏｎｃｗｉｅｂｏａｔａｓｉｒｎｄｉｇ；ｂｄｉｔｅｔｎｏｎｎｇｓｒｎｇｈ
引线键合以工艺实现简单，本低，用于多成适种封装形式而在芯片级互连中占主导地位。目前９以上的芯片使用引线键合ｎ］０。超声引线键合工作原理是换能系统将超声发生器产生的高频电信
ＡｂｔａｔＭａｎａｔｓｗｉｌｉｆｕｎｃｈｅｂｎｄｉａｌｙｉｔａｓｃｗｉｅｂｓｒｃ：ｙｆｃｏｒｌｎｌｅｅｔｏｎｇｑｕｉｎｕｌｒｏｎｉｒｏｎｄｎｇ．Ｔｈｓａｔｃｅｄｉｃｓｄｔｔｉｉｒｉｌｓｕｓｅｈｅ
号转换成高频振动，经变幅杆将高频振动传递到劈
刀，引起劈刀振动；同时，属丝在劈刀振动的带动金
下与基板摩擦，表面氧化层被破坏，暴露出洁净的金属表面，压力作用下，声能量被金属丝吸收并实在超