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；

?

100ms

互连（两个焊接和一个导线循 环过程）；

?

焊点直径：

100

μ

ｍ↘

50

μ

ｍ，↘

30

μ

ｍ；

?

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

，

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< /p>

：

1.

适合细丝、粗丝以及金属扁带。< /p>

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

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

步骤：

2.

热压焊

：金属线过预热至约

300

至

400< /p>

℃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

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

2 50

℃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可能阻碍结合 之因素，以形成紧密之结合。

步骤：

1.

利用微电弧使丝端头融化成球状，通过送丝压头将球状端头压焊在裸芯片电极面的引 线端子，形成第一键

合点。

2.

然后送丝压头提升，并向基板位 置移动在基板对应的导体端子上形成第二键合点，完成引线连接过程

3.

< /p>

热声焊

：为热压结合与超音波结合的混合方法。热超音波结合也先 在金属线末端成球，再使用超声波脉冲进行

导线材与金属接点间之结合。热超音波结合的 过程中结合工具不被加热而仅仅是结合之基板维持在

100

至< /p>

150

℃

的温度，此一方法除了能抑制结 合界面介金属化合物

(Intermetallic Compounds)