Wire Bonding技術(shù)概述與核心原理

Wire Bonding（引線鍵合）是半導(dǎo)體封裝中關(guān)鍵的芯片連接技術(shù)，通過金屬引線將芯片表面電極與封裝載體引腳連接，實(shí)現(xiàn)電信號傳輸。其核心原理是對金屬絲和壓焊點(diǎn)施加熱、超聲能量與壓力，使接觸面金屬發(fā)生塑性變形并破壞氧化膜，通過金屬原子相互擴(kuò)散形成金屬化合物，完成固態(tài)連接1。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于集成電路、功率器件等封裝場景，直接影響電子設(shè)備的性能與可靠性。

Wire Bonding工藝流程詳解

標(biāo)準(zhǔn)工藝步驟

Wire Bonding過程需經(jīng)過9個(gè)關(guān)鍵階段，涉及精準(zhǔn)的機(jī)械運(yùn)動與能量控制：

1. 打火準(zhǔn)備：焊頭移動至打火高度，準(zhǔn)備形成金球（針對球焊工藝）

2. 第一焊點(diǎn)定位：焊頭下降至第一焊點(diǎn)搜索高度，識別芯片焊盤位置

3. 接觸與焊接：通過超聲振動與壓力實(shí)現(xiàn)第一焊點(diǎn)（芯片端）連接

4. 線弧形成：焊頭上升至線弧高度，在芯片與引線框架間形成特定弧度引線

5. 第二焊點(diǎn)焊接：移動至引線框架引腳位置，完成第二焊點(diǎn)連接

6. 尾絲處理：焊頭上升至尾絲高度并拉斷引線，準(zhǔn)備下一次循環(huán)

關(guān)鍵工藝參數(shù)

焊接質(zhì)量取決于四大核心參數(shù)的協(xié)同控制：

• Time（時(shí)間）：超聲作用時(shí)長，影響金屬擴(kuò)散程度

• Power（功率）：超聲能量強(qiáng)度，過大會導(dǎo)致焊盤損傷

• Force（壓力）：焊頭施加壓力，不足易導(dǎo)致虛焊

• Temperature（溫度）：工作臺加熱溫度，通常為150-250℃

Wire Bonding核心材料與工具特性

金屬線材性能對比

劈刀（Capillary）結(jié)構(gòu)參數(shù)

劈刀作為關(guān)鍵工具，其幾何參數(shù)直接影響焊接質(zhì)量：

• CD徑（Chamfer Diameter）：過大導(dǎo)致焊接強(qiáng)度下降，推薦值0.8-1.2mil

• Chamfer角：角度越大形成的金球尺寸越大，通?？刂圃?0°-60°

• OR（Outer Radius）：影響引線弧度穩(wěn)定性，過小易產(chǎn)生Hill Crack缺陷

Wire Bonding技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展趨勢

主流應(yīng)用領(lǐng)域

1. 傳統(tǒng)封裝場景：DIP、SOP等封裝形式的內(nèi)引線連接，占全球封裝市場60%以上份額

2. 功率器件封裝：IGBT模塊中采用粗鋁線實(shí)現(xiàn)大電流傳輸

3. MEMS器件：傳感器芯片與ASIC的低應(yīng)力連接

技術(shù)演進(jìn)方向

• 材料替代：銅線在消費(fèi)電子領(lǐng)域滲透率已超50%，鈀銅線逐步解決可靠性問題

• 工藝優(yōu)化：采用機(jī)器視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)焊點(diǎn)自動檢測，良率提升至99.95%

• 與Flip Chip競爭：在中小引腳數(shù)場景（<200 I/O）仍保持成本優(yōu)勢，但面臨Flip Chip高密度封裝替代壓力

Wire Bonding質(zhì)量控制與測試方法

主要檢測項(xiàng)目

• Wirepull Test：測試引線抗拉強(qiáng)度，金線通常要求>5g

• Ball Shear Test：評估第一焊點(diǎn)附著力，標(biāo)準(zhǔn)值>20gf

• IMC覆蓋率：金屬間化合物覆蓋面積需≥80%，確保連接可靠性

• 彈坑實(shí)驗(yàn)（Crater Test）：檢查焊盤鋁層是否出現(xiàn)損傷

常見失效模式

1. 虛焊：因壓力不足或氧化導(dǎo)致的連接強(qiáng)度不足

2. 焊盤剝離：超聲功率過大導(dǎo)致芯片鋁層損傷

3. 引線斷裂：線弧弧度異常引發(fā)的機(jī)械應(yīng)力集中

總結(jié)：Wire Bonding技術(shù)定位

作為擁有60余年歷史的成熟技術(shù)，Wire Bonding憑借工藝兼容性強(qiáng)、成本可控等優(yōu)勢，仍是中低引腳數(shù)封裝的主流方案。盡管面臨Flip Chip等新技術(shù)的挑戰(zhàn)，但其在汽車電子、功率器件等領(lǐng)域的應(yīng)用仍不可替代。未來通過銅線工藝優(yōu)化、智能化裝備升級，該技術(shù)將持續(xù)在半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

IGBT模塊芯片清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個(gè)長期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

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