Bonding-技术介绍.ppt

1WireBonding工艺介绍21 Wire Bonding 是什么？WireBonding(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。3压焊放大图42 Wire Bonding 的方式：WireBonding的方式有两种：BallBonding(球焊)和WedgeBonding(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。5BallBonding 图62.2 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。WedgeBonding图782.3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BallBonding焊点示意图9WedgeBonding焊点示意图102.3.2两者所用压焊头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1112平焊用楔形头示意图13142.3.3两者的操作流程2.3.3.1球焊流程示意图151617183Wirebonding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19203.1.2球焊机21223.2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。233.2.2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。243.3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 m3.3.1 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 75m，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（50m）的间距。铝线主要用于平焊工艺。费用较低。254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N24.3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2627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75m5.6球焊允许的焊盘的间距大于125m5.7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286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）296.2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306.2.2焊球剪切测试示意图317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327.2.2“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338压焊技术的发展历史：8.11957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349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PBGA8.2陶瓷和塑料象限扁平封装的元器件，如PQFP8.3小芯片尺寸的封装器件及多芯片模块，如CSP，COB，MCM8.4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DRAM3510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。