单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,精选课件,*,Wire Bonding 工艺介绍,1,精选课件,1 Wire Bonding 是什么？,Wire Bonding(压焊，也称为帮定，键合，丝焊)是指使用金属丝（金线等），利用热压或超声能源，完成微电子器件中固态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。,2,精选课件,压焊放大图,3,精选课件,2 Wire Bonding 的方式：,Wire Bonding 的方式有两种：,Ball Bonding(球焊)和 Wedge Bonding(平焊/楔焊,),2.1 Ball Bonding(球焊）,金线通过空心夹具的毛细管穿出，然后经过电弧放电使伸出部分熔化，并在表面张力作用下成球形，然后通过夹具将球压焊到芯片的电极上，,压下后作为第一个焊点，为球焊点，然后从第一个焊点抽出弯曲的金线再压焊到相应的位置上，形成第二个焊点，为平焊（楔形）焊点，,然后又形成另一个新球用作于下一个的第一个球焊点。,4,精选课件,Ball Bonding,图,5,精选课件,2.2 Wedge Bonding（平焊/楔焊）,将两个楔形焊点压下形成连接，在这种工艺中没有球形成。,Wedge Bonding 图,6,精选课件,7,精选课件,2.3 球焊和平焊的主要区别：,2.3.1 两者的焊点结构,2.3.1.1 球焊的第一个焊点为球焊点，第二个为平焊点2.3.1.2 平焊（楔焊）的两个焊点都为平焊点,Ball Bonding 焊点示意图,8,精选课件,Wedge Bonding 焊点示意图,9,精选课件,2.3.2 两者所用压焊头,2.3.2.1 球焊选用毛细管头；焊点是在热(一般为100-500)、超声,波、压力以及时间的综合作用下形成的。,2.3.2.2 平焊选用楔形头；焊点是在超声波能、压力以及时间等参,数综合作用下形成的。一般在室温下进行。,球焊用毛细管头示意图,10,精选课件,11,精选课件,平焊用楔形头示意图,12,精选课件,13,精选课件,2.3.3 两者的操作流程,2.3.3.1球焊流程示意图,14,精选课件,15,精选课件,16,精选课件,17,精选课件,3 Wire bonding 所需的设备及物料：,3.1 压焊机（平焊机及球焊机）,3.1.1 平焊机,18,精选课件,19,精选课件,3.1.2 球焊机,20,精选课件,21,精选课件,3.2 压焊头,压焊头一般选用耐磨，耐氧化，容易清洁的材料。,3.2.1 球焊使用毛细管头,毛细管头一般用陶瓷或钨制成。,22,精选课件,3.2.2 平焊使用楔形头,楔形头一般用陶瓷，钨碳合金或钛碳合金制成。,23,精选课件,3.3 金属线,目前，最常用的是金线(Au,Cu)和铝线(Al,1%Si/Mg)。,最常用的金属线的直径为：25,30,m,3.3.1,金线压焊用于大批量生产的场合，这种工艺速度较快，但目前金线压焊的间距极限为 75,m，金线压焊需要光滑、洁净的焊接表面。表面的干净程度会影响焊接的可靠性。,金线主要用在球焊和平焊工艺中。,由于金线在热压下更容易变形，在电弧放电下更容易成球形，故在球焊中广泛使用。,同时，由于完成压焊之后，金的特性较稳定，特别适合密封包装中，故在微波器件中，金线的平焊用处最广。,3.3.2 铝线压焊则用于封装或PCB不能加热的场合。有更精细的间距。采用细铝线压焊可以达到小于60m（50 m）的间距。,铝线主要用于平焊工艺。费用较低。,24,精选课件,4 压焊的工序控制：,有效的对压焊进行工序控制，必须从以下几方面着手：,4.1 压焊机的设置 超声波能量,压力,时间,温度,金属线的弯曲形状,高度及焊接工艺 根据压焊的几何学原理决定,毛细管的形状，尺寸，材料 直接影响压焊的最后形状,压焊机的压焊速度 产量的考虑,4.2 洁净要求及环境条件 工作间的清洁 100000 级净化环境,工具的清洁,工作台的振动,照明,温湿度,金线的储存条件 N2,4.3 焊接表面的清洁 氩等离子 微量的污染都会影响,紫外线 可靠性和焊接性,溶剂清洁,4.4 压焊金属线的物理性质 金属线的硬度,金属线的拉伸强度,合金成分,25,精选课件,26,精选课件,只有充分考虑以上因素，才能有效控制压焊工序，才能获得高精度，高可靠性，高强度，和有竞争力价格的压焊产品。,目前，主要的方法是通过对拉力测试值，焊球剪切测试值进行 SPC(统计工序控制)及外观检查来控制。,5 丝线压焊生产工艺特点：,5.1 焊接工艺操作空间有限,5.2 在操作之前，必须确认球焊和平焊的使用,5.3 通常，压焊的第一个压焊点在芯片上，第二点在引线框架或基层上,5.4 平焊压焊工艺可以代替球焊压焊的场合,5.5 平焊允许的焊盘的间距为75m,5.6 球焊允许的焊盘的间距大于125m,5.7 全显微状态下工作,5.8 严格的 ESD 要求及环境,元器件的清洁净化要求,5.9 严格的物料存储如金线（放在干燥的N2环境中，减小湿度的影响）,5.10 一般，球焊的第一个焊点要比第二个位置要高,5.11 压焊工艺返修简单，但受制于操作空间,27,精选课件,6 压焊工艺的评估：,通常，对压焊效果的评估有两种方法：,外观检查及机械测试,6.1 外观检查,外观检查主要通过光学显微镜，电子显微扫描（SEM），X 射线探测等手段来实现。,SEM 探测图（良好的球焊效果及月牙形的尾部）,28,精选课件,6.2 机械测试,最常用的机械测试方法有两种：,拉力测试和焊球剪切测试,6.2.1,拉力测试示意图,29,精选课件,6.2.2 焊球剪切测试,示意图,30,精选课件,7 压焊工艺的缺陷介绍：,在压焊工艺中，主要会产生以下缺陷，这些缺陷都将严重影响焊接的质量和焊接的可靠性。,7.1 焊接/键合过程中的清洁/洁净度问题,7.2 压焊效果的缺陷,7.2.1“弹坑”现象,31,精选课件,7.2.2“破裂”现象,7.2.3 不一致的”尾巴“现象,7.2.4”剥离“（焊接不牢）现象,32,精选课件,8 压焊技术的发展历史：,8.1 1957年，贝尔实验室首先展示了压焊技术。,8.2 随着微电子技术的不断发展，压焊技术也得到了全面发展，主要表现在以下几个方面：,8.2.1 全自动设备已应用于压焊工序,8.2.2 压焊的各项参数都可以精确的进行监控,8.2.3 压焊的速度已达到 100125ms/焊接,8.2.4 压焊的最小间距已达到 50微米,8.2.5 通过改良压焊头的结构及相应工序，大大提高了压焊的可靠性,33,精选课件,9 压焊技术的应用：,由于压焊工艺具有高可靠性，高品质，工艺成熟，操作简单，成本低廉等优点，目前广泛应用于微电子封装领域，在世界半导体元器件行业中，90%采用压焊技术，其中，采用球焊工艺的占93%，平焊工艺的占5%。主要表现在以下领域：,8.1 陶瓷和塑料球栅阵列封装的元器件，如 PBGA,8.2 陶瓷和塑料象限扁平封装的元器件，如 PQFP,8.3 小芯片尺寸的封装器件及多芯片模块，如 CSP，COB，MCM,8.4 场效应晶体管放大器，如 JCA 放大器,8.5 微波及半导体器件，如 低群延迟接收机,8.6 动态随机存取存储器，如 DRAM,34,精选课件,10 压焊技术的局限性：,由于丝线压焊必须在元器件的外围或表层进行，否则会导致短路现象，故，压焊工艺不适合应用在高密度的内部连接中，如 I/O 密度大于 500 的情况。,35,精选课件,