集成电路封装中的引线键合技术

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1、学员作业课程名称：集成电路封装与测试 作业内容：集成电路封装中的引线键合技术任课教师：   张江元    学员姓名： 蒋涛学员学号： 511412130 所在班级：  集成电路工程  教师评分：         集成电路封装中的引线键合技术【摘要】在回顾现有的引线键合技术之后，文章主要探讨了集成电路封装中引线健合技术的发展趋势。球形焊接工艺比楔形焊接工艺具有更多的优势，因而获得了广泛使用。传统的前向拱丝越来越难以满足目前封装的高密度要求，反向拱丝能满足非常低的弧高的要求。前向拱丝和反向拱丝工艺相结合，能适应复杂的多排引线健合和多芯片封装结构

2、的要求。并具体以球栅阵列封装为例，介绍了检测手段。不断发展的引线健合技术使得引线健合工艺能继续满足封装日益发展的要求，为封装继续提供低成本解决方案。【主要内容】1.引线键合工艺1.1楔形焊接工艺流程1.2圆形焊接工艺流程1.3主要工艺参数介绍1.3.1键合温度1.3.2键合时间2.引线键合材料2.1焊线工具2.2引线材料3.引线键合线弧技术3.1前向拱丝3.2反向拱丝4.键合质量的判定标准4.1电测试4.2边界扫描检测4.3X射线测试5.小结参考文献1.引线键合工艺在IC封装中，芯片和引线框架(基板)的连接为电源和信号的分配提供了电路连接。

3、有三种方式实现内部连接：倒装焊、载带自动焊和引线键合。虽然倒装焊的应用增长很快，但是目前90％以上的连接方式仍是引线键合。这个主要是基于成本的考虑。虽然倒装焊能大幅度提升封装的性能，但是过于昂贵的成本使得倒装焊仅仅用于一些高端的产品上。事实上对于一般产品的性能要求，用引线键合已经能够达到，没有必要使用倒装焊引起额外的成本增加。对于封装厂商来说，使用倒装焊意味着目前传统的引线键合、模塑设备的淘汰，需要引入新的倒装焊设备，这个投资是非常巨大的。传统的封装尺寸比较大，因而引线键合所使用的线的直径比较大，线弧也比较高，一般在150m～250m之间。

4、为了实现在更小的封装体积内提高封装密度，实现更多的功能，就需要控制引线键合的线弧。线弧高度是引线键合的一个重要的指标，线弧和引线键合参数、引线性能、引线框架的设计都有关系。引线键合就是用非常细小的线把芯片上焊盘和引线框架(或者基板)连接起来的过程。有两种引线键合技术：球形焊接和楔形焊接。对这两种引线键合技术，基本的步骤包括：形成第一焊点(通常在芯片表面)，形成线弧，最后形成第二焊点(通常在引线框架/基板上)。两种键合的不同之处在于：球形焊接中在每次焊接循环的开始会形成一个焊球，然后把这个球焊接到焊盘上形成第一焊点；而楔形焊接则是将引线在压力

5、和超声能量下直接焊接到芯片的焊盘上。1.1楔形焊接工艺流程传统的楔形焊接仅仅能在线的平行方向形成焊点。旋转的楔形劈刀能使楔压焊线机适合不同角度的焊线，在完成引线操作后移动到第二焊点之前劈刀旋转到程序规定的角度。在使用金线的情况下，稳定的楔形焊接能实现角度小于35°的引线焊接。图1楔形焊接过程因为球形焊接能从第一焊点形成不同角度的线弧，不要求转动轴。焊球头在X,Y,Z三个方向进行移动。楔形焊线机的劈刀进行的旋转运动需要马达和额外的部件。移动的部件比典型的球形焊线机的引线键合头大得多，这样移动速度就慢得多。目前球形焊接的速度已经是最快的楔形焊线

6、机的两倍以上。引线键合要求高速度、低成本和灵活的拱丝能力，因此目前球形焊接是最普遍采用的引线键合方式。楔形焊接在一些特殊的工艺流程应用下是一个很好的技术补充。1.2球形焊接工艺流程基本的球形焊接工艺包括以下步骤:第一点焊接(通常在芯片表面)。线弧成型。第二点焊接(通常在引线框架/基板的表面)。球形焊接的循环如图2所示。图2球形焊接过程在球形焊接循环的开始，焊接工具(劈刀)移动到第一点焊接的位置。第一点焊接通过热和超声能量实现在芯片焊盘表面焊接一个圆形的金属球。之后劈刀升高到线弧的顶端位置并移动形成需要的线弧形式。第二点焊接包括针脚式键合和拉

7、尾线。第二点焊接之后进行拉尾线是为了形成一尾线，为下一个键合循环金属球的形成做准备。焊接工具(劈刀)升高到合适的高度以控制尾线长度，这时尾端断裂，然后劈刀上升到形成球的高度。形成球的过程是通过离子化空气间隙的“电子火焰熄灭”过程实现的，形成的金属球就是所谓自由空气球。因为在第一焊点到第二焊点间的拱丝没有方向的限制，这使得球形焊接拱丝非常灵活。另外球形焊接也能实现非常好的精度控制。对于精确的焊点，焊线机需要能够进行识别和维持精确性，调整视觉系统的光学中心和设备中心的误差。在球形焊接中仅仅需进行X和Y方向的补偿，相对于楔形焊接X,Y,Z方向都要

8、进行控制更具有操作上的优势。表1球形焊接和楔形焊接技术参数1.3主要工艺参数介绍1.3.1键合温度WB工艺对温度有较高的控制要求。过高的温度不仅会产生过多的氧化物影响键合质量，并