引線鍵合

引線鍵合，又稱壓焊，是半導(dǎo)體封裝工藝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)封裝的可靠性和最終產(chǎn)品的測(cè)試良率具有決定性影響。

以下是對(duì)引線鍵合的分述：

引線鍵合概述

引線鍵合設(shè)備

引線鍵合方法

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引線鍵合概述

引線鍵合是一種將裸芯片的焊墊與封裝框架的引腳或基板上的金屬布線焊區(qū)通過(guò)金屬引線（如金線、銅線、鋁線等）進(jìn)行連接的工藝。

這一步驟確保了芯片與外部電路的有效電氣連接和信號(hào)傳輸。

鍵合前的等離子體清洗

在引線鍵合之前，通常需要進(jìn)行等離子體清洗。這一步驟的目的是清除鍵合區(qū)上的光刻膠、引線框架的氧化膜以及制程中產(chǎn)生的有機(jī)污染物等，從而提高鍵合的強(qiáng)度并減少鍵合分離的風(fēng)險(xiǎn)。等離子體清洗通過(guò)高頻交變電場(chǎng)在真空狀態(tài)下形成等離子體，利用活性等離子的化學(xué)反應(yīng)和物理轟擊作用，將芯片表面的雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為離子或氣態(tài)物質(zhì)并排出腔體。

引線鍵合過(guò)程

引線鍵合過(guò)程通常包括：

第一焊點(diǎn)鍵合：將金屬引線的一端焊接到芯片的焊墊上，作為第一焊點(diǎn)。

線弧走線：按照機(jī)器設(shè)定的線弧算法，將引線拉至封裝框架或基板上的第二焊點(diǎn)位置。

第二焊點(diǎn)鍵合：將引線的另一端焊接到第二焊點(diǎn)上，完成芯片與外部電路的電氣連接。

重復(fù)操作：依次完成芯片其他位置的點(diǎn)到點(diǎn)的引線鍵合。

自動(dòng)引線鍵合工藝

自動(dòng)引線鍵合工藝通過(guò)分步循環(huán)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)芯片的電氣連接和信號(hào)傳輸。這些步驟包括自動(dòng)搜索焊墊位置、第一焊點(diǎn)鍵合、線弧走線、第二焊點(diǎn)鍵合、線尾形成以及線夾提升和打火等。這一工藝確保了引線鍵合的高效性和準(zhǔn)確性。

引線鍵合作為半導(dǎo)體封裝工藝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其質(zhì)量和可靠性對(duì)最終產(chǎn)品的性能具有重要影響。通過(guò)合理的等離子體清洗、精確的引線鍵合過(guò)程以及嚴(yán)格的控制三要素（超聲功率與鍵合壓力、鍵合時(shí)間、鍵合溫度），可以確保引線鍵合的高質(zhì)量完成。

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引線鍵合設(shè)備

引線鍵合設(shè)備是半導(dǎo)體封裝工藝中的關(guān)鍵設(shè)備，其結(jié)構(gòu)基本相同

主要包括以下幾個(gè)關(guān)鍵部分：

設(shè)備結(jié)構(gòu)

金線轉(zhuǎn)軸：用于安放鍵合過(guò)程中所需的金屬引線，如金線。

XY馬達(dá)：驅(qū)動(dòng)焊接工作臺(tái)在前后、左右方向移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)精確的定位。

左/右升降臺(tái)：用于調(diào)整工作臺(tái)的高度，以適應(yīng)不同尺寸的芯片和封裝需求。

氣體氣壓指示表：顯示設(shè)備內(nèi)部的氣體壓力和狀態(tài)，確保設(shè)備在安全的條件下運(yùn)行。

焊頭：關(guān)鍵的工作主單元，包含劈刀和工作臺(tái)，負(fù)責(zé)完成實(shí)際的鍵合操作。

電腦主機(jī)、電源和控制系統(tǒng)：提供設(shè)備的動(dòng)力和控制，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和精確控制。

主要系統(tǒng)

影像識(shí)別系統(tǒng)：用于精確識(shí)別和定位焊墊的位置，確保鍵合的準(zhǔn)確性。

焊頭系統(tǒng)：包含劈刀和相關(guān)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)將金屬引線焊接到焊墊上。

材料傳送系統(tǒng)：負(fù)責(zé)將待加工的芯片和已完成的封裝產(chǎn)品送入和送出設(shè)備。

控制系統(tǒng)：負(fù)責(zé)設(shè)備的整體控制和操作，包括運(yùn)動(dòng)控制、參數(shù)設(shè)置和故障診斷等。

機(jī)臺(tái)操作界面：提供用戶與設(shè)備交互的界面，方便用戶進(jìn)行操作和監(jiān)控。

機(jī)器特性參數(shù)：包括設(shè)備的精度、速度、功率等關(guān)鍵參數(shù)，決定了設(shè)備的性能和適用范圍。

關(guān)鍵工藝點(diǎn)

線弧張緊：在第一焊點(diǎn)完成超聲波焊接并拉出線弧的過(guò)程中，劈刀內(nèi)部的金屬引線需要處于張緊狀態(tài)，以確保線弧按照程控設(shè)定的軌跡形成彎曲。

送線順暢：確保進(jìn)給的啟停可控，以避免鍵合過(guò)程中的故障。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：避免因金屬引線斷裂而造成鍵合損失。

送線一致性：送線及金屬引線尾絲的長(zhǎng)短一致性要求高，以確保鍵合質(zhì)量和穩(wěn)定性。

劈刀與材料

劈刀的主要參數(shù)：包括內(nèi)徑尺寸（H）、內(nèi)錐面開(kāi)口孔徑（CD）和內(nèi)錐面開(kāi)口角度（ICA）。內(nèi)徑尺寸通常選擇焊線直徑的1.5倍，內(nèi)錐面開(kāi)口孔徑的選擇需要考慮焊球的直徑和芯片焊盤區(qū)域的大小。

劈刀的類型：按照焊球形成的不同形狀，劈刀分為毛細(xì)管劈刀和楔形劈刀。

劈刀材料：常見(jiàn)的劈刀材料有碳化鎢、碳化鈦和陶瓷等。碳化鎢抗破損能力強(qiáng)，但機(jī)械加工困難且導(dǎo)熱率高；碳化鈦材料密度低且更柔韌，超聲波傳遞效果好；陶瓷因具有光滑、致密、無(wú)孔隙和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)良特性，被廣泛應(yīng)用于劈刀的制作。

陶瓷劈刀的優(yōu)勢(shì)：陶瓷劈刀具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐磨損能力，壽命長(zhǎng)且易于清潔。通過(guò)添加氧化鋯、氧化鉻等成分，可以進(jìn)一步提高陶瓷劈刀的硬度和耐磨性。

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引線鍵合方法

引線鍵合是半導(dǎo)體封裝中的關(guān)鍵工藝之一，常用方法包括熱壓焊、超聲波焊和熱超聲焊。

以下是這三種方法的詳細(xì)介紹：

熱壓焊鍵合

熱壓焊鍵合是通過(guò)加壓和加熱的方式，使金屬引線與焊區(qū)接觸面的原子之間達(dá)到原子引力范圍，從而實(shí)現(xiàn)鍵合。這種方法的具體過(guò)程如下：

準(zhǔn)備金屬引線：金屬引線的一端成球形，另一端成楔形。

鍵合過(guò)程：鍵合頭將金球下壓在已預(yù)熱到150~250℃的第一焊點(diǎn)，進(jìn)行球形鍵合。在鍵合時(shí)，金球因受壓力而略微變形，以增加鍵合面積、降低鍵合面粗糙度對(duì)鍵合的影響，并穿破金屬表面氧化層等阻礙鍵合的因素，形成緊密的鍵合。

焊點(diǎn)形狀：熱壓焊鍵合完成后，會(huì)形成兩個(gè)焊點(diǎn)，第一焊點(diǎn)呈球形，第二焊點(diǎn)即金屬引線鍵合結(jié)束時(shí)的焊點(diǎn)，呈楔形。

超聲波焊鍵合

超聲波焊鍵合是利用超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波振動(dòng)，使金屬引線與焊區(qū)金屬表面迅速摩擦，從而實(shí)現(xiàn)鍵合。

這種方法的具體過(guò)程如下：

超聲波發(fā)生器：使劈刀發(fā)生水平方向的彈性振動(dòng)，同時(shí)施加向下的壓力。

鍵合過(guò)程：劈刀在超聲波振動(dòng)和壓力的作用下，使金屬引線在焊區(qū)金屬表面迅速摩擦，發(fā)生變形，與芯片鍵合區(qū)鍵合完成焊接。

焊點(diǎn)定位：超聲壓頭將金屬引線定位到第一焊點(diǎn)（芯片焊墊）的位置，然后超聲振動(dòng)并施加一定的壓力到焊點(diǎn)，完成第一焊點(diǎn)的鍵合。接下來(lái)，超聲壓頭將引線定位到第二焊點(diǎn)（基板焊墊），同時(shí)超聲振動(dòng)施加一定的壓力到焊點(diǎn)，完成第二焊點(diǎn)的鍵合。

焊點(diǎn)形狀：超聲波焊鍵合完成后，形成的第一焊點(diǎn)和第二焊點(diǎn)的形狀都是楔形。

熱超聲焊鍵合

熱超聲焊鍵合是結(jié)合熱壓焊和超聲波焊的優(yōu)點(diǎn)，這種方法的具體過(guò)程與熱壓焊類似，但有以下區(qū)別：

加熱引線框架：在熱超聲焊鍵合中，引線框架需要加熱到200~260℃。

超聲波作用：與熱壓焊不同，熱超聲焊鍵合過(guò)程中使用了超聲波振動(dòng)。

鍵合效果：由于高溫和超聲波的共同作用，熱超聲焊鍵合能夠?qū)崿F(xiàn)更緊密的鍵合，提高鍵合的可靠性和穩(wěn)定性。