半导体封装Wire Bonding 打线邦定(引线键合技术)的详解;

Wire Bonding （引线键合技术）

1oWire Bonding原理

2oBonding用 Wire

3oBonding用 Capillary

4o焊接时序图

5oBSOB&BBOS

6oWire bonding loop(线弧)

7oWire bond不良分析

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1．Wire Bonding原理

aoIC封装中电路连接的三种方式：

bo倒装焊（Flip chip bonding)

co载带自动焊（TAB---tape automated bonding)

do引线键合（wire bonding)

Wire Bonding---引线键合技术

Wire Bonding的作用

电路连线，使芯片与封装基板或导线框架完成电路的连线，以发挥电子讯号传输的功能

Wire Bonding的分类

按工艺技术：

1o球形焊接（ball bonding)

2o楔形焊接 (wedge bonding)

按焊接原理：

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热超声焊的原理：

对金属丝和压焊点同时加热加超声波，接触面便产生塑性变形，并破坏了界面的氧化膜，使其活性化，通过接触面两金属之间的相互扩散而完成连接。

Wire Bonding的四要素：

oTime(时间）

oPower(功率）

oForce(压力）

oTemperature（温度）

2oBonding用 Wire

Au WIRE 的主要特性：

o具有良好的导电性，仅次于银、铜。

电阻率（μΩｃｍ）的比较

Ag（１．６）＜Cu（１．７）＜Au（２．３）＜Al（２．７）

o具有较好的抗氧化性 。

o具有较好的延展性，便于线材的制作。常用Au

Wire直径为23μｍ，25 μｍ，30 μｍ

o具有对热压缩 Bonding最适合的硬度

o具有耐树脂 Mold的应力的机械强度

o成球性好（经电火花放电能形成大小一致的金球）

o高纯度（4N：99.99%）

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3oBonding用 Capillary

Capillary的选用：

Hole径（Ｈ）

Hole径是由规定的Wire径ＷＤ（Wire Diameter)来决定H=1.2~1.5WD

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Capillary主要的尺寸：

H： Hole Diameter (Hole径)

T：Tip Diameter

B：Chamfer Diameter(orCD)

IC：Inside Chamfer

IC ANGLE：Inside Chamfer Angle

FA：Face Angle (Face角)

OR：Outside Radius

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a 15(15XX)：直径1/16 inch （约1.6mm)，标准氧化铝陶瓷

b XX51：capillary产品系列号

c 18：Hole Size 直径为0.0018 in.（约46μm ）

d 437：capillary 总长0.437 in.(约11.1mm）

e GM：capillary tip无抛光; (P：capillary tip有抛光）

f 50：capillary tip 直径T值为0.0050 in. （约127μm）

g 4： IC为0.0004 in. （约10μm）

h 8D：端面角度face angle为 8°

i 10：外端半径OR为0.0010 in.（约25μm）

j 20D：锥度角为20°

k CZ1：材质分类，分CZ1,CZ3,CZ8三种系列

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Capillary尺寸对焊线质量的影响：

1o Chamfer径（ＣＤ）

Chamfer径过于大的话、Bonding强度越弱，易造成虚焊.

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2o Chamfer角（ICA ）

Chamfer角：小→Ball Size：小

Chamfer角：大→Ball Size：大

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将Chamfer角由90°变更为120°可使Ball形状变大，随之Ball的宽度变宽、与Pad接合面积也能变宽。

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3o OR（Outer Radius）及FA（Face Angle）：

对Hill Crack、Capillary的OR（Outer Radius）及FA（Face Angle）的数值是重要影响因素。

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FA（Face Angle）0°→8°变更

FA 0°→8°的变更并未能增加Wire Pull的测试强度，但如下图所示，能够增加2nd Neck部的稳定性。

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4o 焊接时间顺序图

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焊头动作步骤

1o 焊头在打火高度( 复位位置 )

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2o 焊头由打火高度下降到第一焊点搜索高度

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3o 第一焊点接触阶段

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4o 第一焊点焊接阶段

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5o 完成第一点压焊后, 焊头上升到反向高度

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6o 反向距离

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7o 焊头上升到线弧高度位置

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8o 搜索延迟

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9o XYZ 移向第二压点搜索高度

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10o 第二焊点接触阶段

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11o 第二压点焊接阶段

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12o 焊头在尾丝高度

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13o 拉断尾丝

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14o金球形成，开始下一个压焊过程

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5．BSOB&BBOS

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BSOB : BOND STICH ON BALL

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BBOS : BOND BALL ON STICH

BSOB的应用：

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BSOB 时BOND HEAD的动作步骤：

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BSOB的两个重要参数：

1o Ball Offset：设定范围: -8020, 一般设定: -60

此项设定植球时，当loop base 拉起后，capillary 要向何方向拉弧

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设定值为正值 : 代表capillary 向lead 的方向拉弧

设定值为负值 : 代表capillary 向die 的方向拉弧

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2o 2 nd Bond Pt Offset

此项是设定2銲点鱼尾在BALL上的偏移距离，

其单位是 x y Motor Step = 0.2 um ，一般设定：60

此参数主要目的以确保2銲点鱼尾与植球有最大的黏着面积

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Wire Offset 0

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Wire Offset 45

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Wire Offset 55

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Wire Offset 65

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BSOB BALL

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最佳BSOB效果

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FAB过大，BASE参数过小

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BASE参数过大

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正常

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BALL过大，STICH BASE参数过小

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BALL过小，STICH BASE参数过大

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正常

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BSOB 2nd stich不良

6．Wire bonding loop

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1. Q-Loop

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2. Square Loop

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3. Penta loop

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4. ‘M’ – loop

Q-LOOP轮廓及参数说明：

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图1

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图2

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图3

Reverse Distance Angle 功能在定义Reverse Distance 方位

注意:假如反向拉弧的角度超过20度，可能会产生neck crack

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好

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不好

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好

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不好

7．Wire bond不良分析

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