2025集成電路封裝技術(shù)1IntegratedCircuitPackagingTechnology芯片粘接1引線鍵合2引線鍵合工藝流程集成電路芯片互連是將芯片焊區(qū)與電子封裝外殼的I/O引線或基板上的金屬布線焊區(qū)相連接，只有實現(xiàn)芯片與封裝結(jié)構(gòu)的電路連接才能發(fā)揮已有功能。芯片互連常見的方法有引線鍵合(WireBonding,WB)、載帶自動鍵合(TapeAutomatedBonding,TAB)、倒裝芯片鍵合(FlipChipBonding,FCB)三種。引線鍵合在諸多封裝連接方式中占據(jù)主導地位，其應用比例幾乎達到90%，這是因為它具備工藝實現(xiàn)簡單、成本低廉等優(yōu)點。隨著半導體封裝技術(shù)的發(fā)展，引線鍵合在未來一段時間內(nèi)仍將是封裝連接中的主流方式。引線鍵合芯片封裝結(jié)構(gòu)示意圖引線鍵合芯片封裝實物示例圖引線鍵合是把芯片和外電路之間，用微細的金屬絲將芯片上的金屬壓焊點和封裝外殼的引線框架上對應引腳上的壓焊點相連，實現(xiàn)芯片與封裝體之間的信號傳輸。地位：封裝工藝中關(guān)鍵環(huán)節(jié)。作用：實現(xiàn)芯片和外部引線框架的電性和物理連接。鍵合線采用什么材料？鍵合線！常用的引線鍵合材料有金線、鋁線、銀線及近年來發(fā)展的銅線。金線：采用的是99.99%的高純度金，使用最廣泛，傳導效率最好，具有很好的抗拉強度和延展率，但是價格也最貴。鋁線：多用在功率型組件的封裝。銀線：特殊組件所使用，目前為止還沒有純銀線，多以合金為主。銅線：價格較低、資源充足，載流和導熱能力強，但其產(chǎn)品的良率較低。金線金線引線在溫度高于250℃、熱壓頭的壓力作用下發(fā)生形變，產(chǎn)生塑性變形，此時金屬交界面處接近原子力的范圍，金屬間的原子產(chǎn)生相互擴散，形成牢固的焊接。

熱壓鍵合超聲鍵合熱超聲鍵合引線鍵合工藝方式在壓頭壓力作用下，在金屬與被焊件之間產(chǎn)生超聲頻率的彈性振動，以破壞接觸面上的氧化層且產(chǎn)生熱量，從而使兩個原本為固態(tài)的金屬牢固鍵合。該過程既不需要外界加熱，也不需要電流、焊劑，對被焊件的物理化學特性無影響。鍵合工藝為熱壓焊與超聲焊的結(jié)合。在超聲波鍵合的同時對加熱板和劈刀加熱，加熱的溫度約為150℃。加熱可以促進金屬間原始交界面的原子相互擴散及增強分子間的作用力。鍵合加熱溫度低、鍵合強度高等優(yōu)點使得熱壓超聲波鍵合成為鍵合方式的主力軍。金絲球形鍵合圖1標準線弧圖3J型線弧圖2FLAT線弧設(shè)備：引線鍵合機原理：引線鍵合機是一種集精密機械、自動控制、圖像識別、光學、超聲波熱壓焊接等技術(shù)于一體的現(xiàn)代化高技術(shù)生產(chǎn)設(shè)備。通過攝像將芯片電路圖像傳輸?shù)接嬎銠C內(nèi)，計算機完成電極位置識別，并控制鍵合機完成鍵合動作。引線鍵合機收料區(qū)上料區(qū)顯示區(qū)鍵合區(qū)來料整理裝料設(shè)置參數(shù)鍵合收料質(zhì)量檢查鍵合圖鍵合過程球形鍵合過程包括產(chǎn)生焊球、形成線弧形狀、落下線型點產(chǎn)生魚尾。（1）產(chǎn)生焊球（燒球）在電火花作用下將金線燒結(jié)成金球。（2）形成第一焊點（1焊、焊球）將金球往芯片的焊盤壓合，使焊球焊接在芯片焊盤上，在壓合過程中伴有超聲波振動及芯片底部加熱的作用。鍵合過程（3）形成線弧形狀線型形狀的形成起始于焊球，終止于線型最高點。到達最高點之后，劈刀開始下降，此時金線被夾子固定直至落在基板焊盤上并粘接。（4）第二點落下第二點落下區(qū)域開始于劈刀最高點，止于綁線焊盤，落下軌跡嚴格按照設(shè)置的參數(shù)進行。鍵合過程（5）焊接第二點（2焊、魚尾）劈刀落至第二點焊盤，劈刀上方的夾子夾緊金線，劈刀下壓，伴隨超聲波振動，焊盤底部加熱。（6）拉斷金線完成金線與焊盤的粘接后，劈刀將會上升抬起將金線拉斷，在焊盤上留有魚尾。鍵合過程燒球：金線熔成液態(tài)，由于表面張力的作用而形成球狀。植球：劈刀下降到芯片焊點表面,球和焊盤金屬形成第一焊點。拉線、走線：劈刀提起，牽引金線沿著預定的軌跡移動，形成弧形金屬線。壓焊、斷尾：劈刀在引線框架上形成第二焊點,將尾部切斷，形成魚尾。劈刀上提，完成一次鍵合動作。進入虛擬仿真平臺進行實操學習謝謝觀看20252025集成電路封裝技術(shù)22IntegratedCircuitPackagingTechnology芯片鍵合1劈刀2引線鍵合虛擬仿真實訓基本材料劈刀引線材料介紹基本材料劈刀基本材料劈刀主要參數(shù)孔徑的選擇

孔徑=線徑X1.2-1.51.0mil選用1.5mil的孔徑最佳孔徑基本材料孔徑1mil=1/1000inch=0.0254mm1inch=1000mil=25.4mm1mm=39.37mil不恰當?shù)目讖降挠绊懽罴芽讖娇讖教】讖交静牧喜磺‘數(shù)目讖降挠绊懽罴芽讖娇讖教罂讖交静牧献旒庵睆降倪x擇

決定于B.P.P

影響2ndbond質(zhì)量Bondpadpitch(BPP)它定義了相鄰兩個鍵合點的中心距，它規(guī)定了劈刀的頂部直徑、底部、頸部角度和內(nèi)角度嘴尖直徑基本材料什么是B.P.P?

B.P.P=BondPadPitch如何計算minB.P.P?

minB.P.P=Tip/2+Tan(CA/2)X(LH-BT)+WD/2+A小知識基本材料嘴尖直徑過大的不良影響

嘴尖直徑過大，并且超過minB.P.P，會造成瓷嘴碰到鄰近的金線。嘴尖直徑基本材料嘴尖直徑對2nd的影響

嘴尖直徑越大，2ndBondarea就越大，拉力測試值也就越高。嘴尖直徑基本材料嘴尖直徑過小不良影響

嘴尖直徑越小，2ndBondarea就越小，容易造成2ndBondNon-stick,斷線。嘴尖直徑基本材料CD的作用

FreeAirBall的固定CD包括hole,innerchamfer,innerchamferangle。CD基本材料CD的作用

1stBond的形成

CD基本材料CD的作用切線（2ndBond)CD基本材料CD的選擇BondPadOpeningBondPad1stBondDiaCD基本材料CD的選擇

利于形成圓滑的弧度，以及1stBond的形成弧度過緊，損傷金線基本材料CDCD的選擇CD基本材料OR&FA的作用OR&FA基本材料不同的OR對2ndBond的影響合適的OROR&FA基本材料不同的OR對2ndBond的影響過大的OROR&FA基本材料不同的OR對2ndBond的影響過小的OROR&FA基本材料劈刀維護基本材料引線鍵合操作注意事項①操作時必須保持軌道的清潔，確保送料順暢；②操作過程中需保證鍵合線的潔凈度，防止沾污；③鍵合機運行過程中要注意設(shè)備的運行情況，關(guān)注運行參數(shù)是否正常，以及上料區(qū)、下料區(qū)、鍵合區(qū)是否物料，及時補料；④高溫狀態(tài)下操作員在作業(yè)時需注意安全，防止燙傷；⑤在上料區(qū)或下料區(qū)放置料盒時，需要小心卡手。謝謝觀看20252025集成電路封裝技術(shù)48IntegratedCircuitPackagingTechnology芯片粘接1引線鍵合質(zhì)量控制要求2引線鍵合失效分析鍵合工藝質(zhì)量控制分類1.目檢

2.推球

3.拉線4.第二焊點拉線5.化學腐蝕

鍵合工藝質(zhì)量控制目檢missing

wire：鍵合絲未鍵合

broken

wire：斷絲

misbond：鍵合點

bad

loop：線型非標

lifted

bond：金球脫落

second

bond

impression：第二個鍵合點壓痕

weak/smashed

bond：弱/過鍵合

pad/lead

bond

placement:鍵合點錯誤

foreign

metter:有外來物

die

damage:晶粒損傷鍵合工藝質(zhì)量控制推球鍵合工藝質(zhì)量控制推球鍵合工藝質(zhì)量控制推球鍵合工藝質(zhì)量控制推球鍵合工藝質(zhì)量控制拉線鍵合工藝質(zhì)量控制拉線鍵合工藝質(zhì)量控制第二焊點拉線鍵合工藝質(zhì)量控制第二焊點拉線鍵合工藝質(zhì)量控制化學腐蝕IMCCrack失效模式及原因IMC:金屬間的化合物。打線時當金球與鋁基島相接觸時，由于高溫它們之間會產(chǎn)生化學作用，形成一些金鋁化合物，且隨著時間的增長會產(chǎn)生更多Au-Al化合物.Au和Al結(jié)合之初會形成１種IMC,之后會逐漸形成多種IMC(目前可見最多5種).－當Al表面清潔或氧化層的厚度<10nm，擴散率：Au>Al.－當Au-Al化合物逐漸形成后會慢慢擴散。AuBallAu5Al2AlPadAuBallAu5Al2Au2AlAlPadAuBallAu5Al2Au2AlAuAl2AlPadAuBallAu4AlAu5Al2Au2AlAuAlAuAl2AlPadTemperature/TimeIMCGrowth失效模式及原因IMCCrack為什么會在打線后出現(xiàn)IMC?－產(chǎn)生波能量－摩擦力Chip劈刀流動方向與流動方向相反的力與流動方向相反的摩擦力大量擴散區(qū)

小范圍擴散區(qū)T=0A/mold失效模式及原因IMCCrack影響IMC形成的因素：－打線時間－電熱能－溫度（時間越長，溫度越高，IMC/連接阻抗的厚度越大）T=0T=1T=2T=3T=4T=5T=6T=7T=8Inter-metallicCompoundCoverageT=0PreconT=168T=336T=504T=672T=840T=1008IMCCoverage/C/R%失效模式及原因IMCCrackT=0T=1T=2T=3T=4T=5T=7T=7T=8Inter-metallicCompoundCoverageWhere,Wiredia.:25um,FAB:45um,Peco3.8milcapillary,W/bonder:ASMAB339(Force:18gf/Power:24mW)T=0PreconT=168T=336T=504T=672T=840T=1008IMCCoverage/C/R%Where, 1.Appliedthesamebondconditioninabove.2.Reliabilitycondition:Drybake@125’C/24hrs+Precon(L3w/3Xreflow@260’C+HTS@175’CWirePullStrengthContactResistance失效模式及原因IMCCrack如何減少IMC的形成？１、使用Au-Pd引線－加入Pd可以起到阻隔Au、Al之間的結(jié)合，以減少IMC的形成－擴散率：Au-Pd<Au２、修改打線參數(shù)設(shè)置－在其他條件不變的情況下，H較小的金球具有更大的球剪應力(BST).在高溫儲存測試后，情況也是如此。－時間越長，BST越大，IMC的面積就越大失效模式及原因IMCCrack３、劈刀：劈刀的斜切角越大，IMC的面積就越大４、封裝的設(shè)計－不同的膨脹系數(shù)(CTE)，會導致封裝體扭曲變形－在既定的材料(BOM)下，需控制Compound/Die/PCB或L/F的厚度conventionalRICADesired失效模式及原因IMCCrackCause:1、引線框表面異常2、管腳松動3、參數(shù)設(shè)置不當4、劈刀沒裝好失效模式及原因焊點松脫Cause:1、劈刀未裝好2、基島松動3、參數(shù)設(shè)置不當4、燒球不良失效模式及原因“高爾夫”Cause:1、金球未完全熔化2、劈刀未裝好3、參數(shù)設(shè)置不當失效模式及原因引線偏離球的中心位置Cause:1、球焊參數(shù)太大，導致劈刀直接碰到壓區(qū)表面2、金球太小3、劈刀不良失效模式及原因彈坑Cause:1、操作不當2、金絲損傷3、劈刀不良失效模式及原因尾絲超出壓區(qū)

--金球太大

--劈刀不良頸部折斷--劈刀不良失效模式及原因超出壓區(qū)&頸部折斷失效模式及原因失效模式及原因失效模