1、引线键合引线键合1 半导体封装内部的两种连接方式半导体封装内部的两种连接方式引线键合倒装芯片2 定义定义：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键合工具键合条件引线球键合热压键合金线键合楔键合超声键合铜线键合热超声键合 铝线键合分类：分类：常用:热超声金丝热超声金丝球键合球键合3 v 热压键合热压键合v 热压键合是引线在热压头的压力下,高温加热( 250 )焊丝发生形变,通过对时间、温度和压力的调控进行的键合方法v 超声波键合超声波键合v 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
2、生热量,使两固态金属牢固键合。v 热超声键合热超声键合v 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4 三种键合工艺比较三种键合工艺比较键合工艺键合压力键合温度（）超声波能量适用引线材料适用焊盘材料热压型高300-500无AuAl、Au超声型低25有Au、AlAl、Au热超声型低100-150有AuAl、Au5 两种键合形式比较两种键合形式比较键合形式 键合工艺 键合工具 引线材料 焊盘材料速度v/ Ns - 1球键合热压热超声劈刀AuAl、Au10(热超声）楔键合热超声超声波楔Au、AlAl、Au4芯片表面第一焊点，线弧引线框架/基板第
3、二焊点基本步骤：基本步骤：6 主要工主要工艺参数艺参数介介绍绍v 键合温度键合温度v WB 工艺对温度有较高的控制要求。过高的温度不仅会产生过多的氧化物影响键合质量，并且由于热应力应变的影响，图像监测精度和器件的可靠性也随之下降。在实际工艺中，温控系统都会添加预热区、冷却区，提高控制的稳定性，需要安装传感器监控瞬态温度7 主要工主要工艺参数艺参数介介绍绍v 键合时间键合时间v 通常都在几毫秒，键合点不同，键合时间也不一样v 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。v 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8
4、主要工主要工艺参数艺参数介介绍绍v 超声功率与键合压力超声功率与键合压力v 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。v 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。v 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9 引引线键线键合材料合材料v 焊接工具焊接工具v 焊接工具负责固定引线、传递压力和超声能量、拉弧等作用。v 楔键合所使用的焊接工具叫楔形劈刀,通常是钨碳或是碳钛合金,在劈刀尾部有一个呈一定角度的进丝孔;v 球键合使用的工具称为毛细管劈刀,它是一种轴形对称的带有垂直方向孔的陶瓷工具。10
5、 引引线键线键合材料合材料v 引线材料引线材料v Au丝:键合后不需密闭封装。表面清洁度是保证可靠连接和防止劈刀阻塞的重要因素。v Al丝:其键合成本和温度较低，通常添加质量分数为1%的Si或1%的Mg以合金强化v Au - Al系:是引线键合中最广泛使用的系统。11 引引线键线键合材料合材料v 超声波系统超声波系统v 主要目的：降低键合温度v 两种类型: 恒压和恒流，v 事实表明: 恒压发生器性能要优于恒流12 影影响内响内引引线键线键合可靠性的因素合可靠性的因素v 界面上绝缘层的形成v 金属化层缺陷v 表面沾污, 原子不能互扩散v 材料间的接触应力不当v 环境不良v 键合引线与电源金属条之
6、间放电引起失效(静电损伤)13 改进键合质量的措施改进键合质量的措施v 严格器材检验, 认真处理管壳及芯片v 加强金属化工艺蒸发的前处理v 清洁保护措施14 工工艺优艺优化方法化方法v 封装工艺的研究方式主要是数据实验分析和理论分析。v 理论方法一般通过有限元分析，了解键合机理，达到优化工艺参数的目的15 引引线键线键合合质质量量与与可靠性可靠性评评价价标标准准v用于引线键合评价的国际标准如下用于引线键合评价的国际标准如下(未特殊注明的均出自未特殊注明的均出自MIL - STD - 883E) :v内部观察(方法2010 ;测试条件A 和B) ;v传输延迟测量(方法3003) ;v破坏性键合拉脱力测试(方法2011) ;v非破坏性键合拉脱力测试(方法2023) ;v球键合剪切力测试(ASTMFl269 - 89) ;v恒加速度(方法2001 ,测试条件E) ;v随机振动(方法2026) ;v机械冲击(方法2002) ;v热老化(方法1008) ;v耐潮湿性(方法1004) 。16
