集成电路键合工艺-研究

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1、万方数据热超声引线键合焊：热超声引线键合焊是以超声波能量作用，外加热源进行键合的形式，这种方式融合了热压和超声焊的优点，通过超声的作用将焊盘表面的一般氧化层和一般污染层去除掉，然后在焊接界面加热，使原子间互相扩散，形成新的金属间的致密接触，产生原子键合。在热超声引线键合焊工艺实现过程中，基板温度一般控制在120—240摄氏度之间，由于是低温加热，这种方式可以较为有效的抑制金属间的化合物的生长，而且由于超声震荡和热压的合力作用，使得键合的可靠性大幅提高，并且工艺范围也有较大的空间。目前90％以上的半导体封装技术采用该工艺。也是本论文焊接材料讨论的基础键合方式，就此键合方式做一下详细

2、的步骤说明图2热超声引线键合焊万方数据2．2键合的设备与材料2．2．1键合的设备随着科技的迅猛发展，引线键合技术已经是现代集成电路生产中比较成熟的一道工序了，主流的引线键合设备也趋于成熟统一。比较有代表性的键合设备厂商有Kulicke＆Soffa，Shinkawa，ASMPacificTech和Unaxis，这四家设备供应商几乎占领了现代集成电路封装厂的大部分市场份额。现代引线键合机主要分为五个部分组成，一i。～、、图3K&S8028键合设备物料上载区(图3中A)，物料上载区分两层，装有装片后框架或基板的物料盒(Magazine)通过传送带的方式从下层推送到装载位置，由机械抓手将

3、物料盒抓起，运送至相应的设定位置，再由传感器和气缸构成的推杆系统将框架或基板推送到指定传输位置，然后物料盒上一个步进至下一个初料位置，当所有框架或基板推送完成后，机械抓手将空的物料盒移送至物料上载区的上层，完成物料上载的动作。物料下载区(图3中B)，其作用和物料上载趋相类似，空的物料盒由下层经过传送带的传送至指定位置，由机械抓手将空的物料盒抓取移至指定的下料位置，键合后的框架和基板经由传感器和气缸控制下的机械抓手将完成后的框架和基板推送到物料盒的相应储物槽中，当物料盒接收到物料后，自动调转到下一个储物槽的位置，当物料盒装满后，机械手将物料盒放置下料区的上层完成下料的工作。万方数据

4、工作显示趋(图3中C)，由显示器和指示灯构成的工作显示区是操作技术人员与机器沟通的平台，设备的运行状况直接由显示器和指示灯反映出来，通过显示器中还能进行操作设置相应的机械马达，参数等，而机器的时实状态也通过光学显微镜和成像系统在显示器上得以显示。电路信号处理区(图3中D)，通常称之为机箱，是打线机的核心控制区域，现代打线机越来越趋向于模块式设计，由中央控制模块，数据传输模块，数据存储模块，网络连接模块，马达控制模块，影响控制模块等组成，当今集成电路产业对于单位小时产量(UPH)的苛刻要求使得各大封装厂商都严格控制机器的停机时间，所以对于修机时间的严格控制使得模块化的优势得以良好的

5、体现，模块化的设计能在最短的时间内对相应的故障区域进行维修与更换。键合工作区(图3中E)，整个键合设备的核心部分，也是实现引线键合工艺的关键区域，它主要由三个部分组成，引线导入区，键合手臂区和键合基座区。引线导入区一多囊遭剿键合手臂区键合基座区图4键合设备键合区域细部照片引线导入区⋯是将装有金属线的线轴装载在线轴装载区上，然后引出键合线，通过支点滚轮，再经过金属引线引导到引线盒中，在引线盒中通过传感器的感应控制相应的气动导线器将金属线引入键合手臂区。在此过程中的各段气压的调整均定了金属引线的拉力强度，一般拉力太大则极易容易断线，对于线轴输送和气压表的调整匹配是决定引线拉力工艺窗口

6、范围的重要因素(线轴)w幽5键合导线区1：意图万方数据引线手臂区一将引入的金属引线通过一系列引导进入焊接手臂，并最后穿过劈刀形成键合准备。主要引线徐金国线拉力传感器，导气嘴，线夹系统，最后再穿过劈刀形成打线准备。现代集成电路生产中金属引线从线轴引出到穿越整个引线轨迹的过程仍然是靠手工完成的。这个项目也是键合工序培训技术人员所需要经历的关键步骤。由于断线或其他的金属引线损坏情况时有发生，而集成电路对单位小时产量的机高要求使得在一般的技术人员考核过程中穿线的速度要求成为一个重要的考核指标，熟练的技术人员可以以不可思议的8秒钟内完成这一系列复杂的动作。图6键合引线手臂区示意图键合基座区

7、一是将承载集成电路芯片的框架或基板经由导轨控制由机械手臂抓取至指定作业位置，由底层加热块对其进行加热，然后由上层窗口压板(WindowClamp)对其进行固定，以确保固定位置予以键合工艺的实现。对于加热块的设计和上层压板的设计是体现键合质量的关键因素。压板的窗口设计是否能完全避免底层框架或基板在键合过程中抑制所有可能出现的弹性反弹力，是决定在键合过程中工艺实现稳定性的重要因素。对于导轨的控制也尤为重要，导轨调整的大小和导轨的平行度决定了产品在导轨里运动的顺畅度，同时也影响了框架或