引線鍵合工藝流程講解

引線鍵合是指在半導(dǎo)體器件封裝過程中，實(shí)現(xiàn)芯片（或其他器件）與基板或框架互連的一種方法。作為最早的芯片封裝技術(shù)，引線鍵合因其靈活和易于使用的特點(diǎn)得到了大規(guī)模應(yīng)用。引線鍵合工藝是先將直徑較小的金屬線（一般是直徑為25μm 的金線）連接到芯片的金屬焊盤（一般是鋁焊盤）上，再將金屬線的另一端連接到基板或框架上從而形成互連。該工藝?yán)谜{(diào)節(jié)溫度、壓力、超聲波能量和時間參數(shù)，實(shí)現(xiàn)芯片與基板或框架間的電氣互連、芯片散熱和芯片間的信息互通。引線鍵合屬于固相鍵合中的一種，其鍵合 原理是引線與芯片焊盤間發(fā)生電子的跨區(qū)遷移、共享及不同原子的相互擴(kuò)散，使金屬實(shí)現(xiàn)原子量級上的鍵合，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的連接。

按外加能量的不同，引線鍵合可分為超聲鍵合、熱壓鍵合和熱超聲鍵合；按劈刀類型的不同，引線鍵合可分為楔形鍵合和球形鍵合。目前，電子封裝行業(yè)使用較多的是超聲球形鍵合技術(shù)，配合使用的線材多為金線、銅線，因?yàn)榻鹁€具有高抗拉強(qiáng)度、高導(dǎo)電性、高可靠性和強(qiáng)抗氧化性。此外，鋁線因?yàn)樘厥獾难趸阅軐?dǎo)致不易成球，因此鋁線和鋁帶多用于楔形鍵合。電子封裝行業(yè)中應(yīng)用引線鍵合的封裝形式有 TSSOP、 QFN 、DFN、 BGA 以及3D封裝等。

引線鍵合工藝流程如下圖

線拉力試驗(yàn)（Pull Test）和球剪切試驗(yàn)（Shear Test)通常被用于測量、評估鍵合強(qiáng)度．試驗(yàn)可分為破壞性試驗(yàn)和非破壞性試驗(yàn)兩種，其試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)一般采用的是美國軍工標(biāo)準(zhǔn)（MIL-STD-883 Method 2011.9)。高溫存儲試驗(yàn)(HTST)、熱沖擊和熱循環(huán)試驗(yàn)（TS&TCT)、濕氣相關(guān)的可靠性試驗(yàn) (PCTHAST)和電遷移試驗(yàn)（ET） 主要用于評價(jià)引線鍵合封裝的可靠性，其試驗(yàn)條件和方法一般采用JEDEC 的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

早期引線鍵合使用的主要線材為金線，金線材成本較高，且金線鍵合界面金屬間化合物 (Intermetallic Corapound， IMC）生長速率快，易于生成白斑。影響鍵合的可靠性。為順應(yīng)封裝技術(shù)逐漸向高密度和細(xì)間距的發(fā)展趨勢，其他高導(dǎo)熱和高導(dǎo)電性能的金屬線材（主要為銅線和銀線）被逐漸使用在引線鍵合中。金、銅、銀的熱導(dǎo)率分別為 320W/(m ?K)、400W/(m ?K)、430W/（m ?K），其電阻率分別為 2.20Ω ?m、1.72Ω ?m、1.63Ω ?m。由于銅的易氧化性和銀的易電遷移性，使得鍍鈀銅線和銀合金線成為封裝行業(yè)中使用較多的鍵合線材。與線材相對應(yīng)的芯片焊盤材料有鋁焊盤、金焊盤，以及更適合銅線鍵合的鎳鈀金焊盤等。

金線一般采用99.99%的純金，直徑為 15~50μm，具有優(yōu)良的 HAST 可靠性能，多用于有高可靠性要求的軍工和航空航天電子器件。

銅線采用 99.99%的純銅，直徑一般為 18~50μm。鍍鈿銅線直徑一般為 18~30μm，內(nèi)部芯材采用99. 99%的純銅，外部為鍍鈀層（厚度為 50~100nm）。因鍍鈀銅線的 HAST 可靠性優(yōu)于銅線，銅線多用于框架類封裝，而鍍鈀銅線則多用于基板類封裝。

銀合金線的直徑一般為 16~75μm，分為低銀合金線（銀含量為 88%）、中銀合金線（銀含量為 95%）和高銀合金線（銀含量為 98%），多應(yīng)用于 LED 封裝和基板類封裝，但其基板類封裝的 HAST 可靠性低于鍍鈀銅線，且高銀線材的可靠性低于中銀線材。