项目四 学习引线焊接工艺

《半导体光电器件封装工艺》电子教案总主编：陈振源主编：战瑛张逊民职业院校理论实践一体化系列教材（光电子技术专业）任务一选择焊线材料及认识引线焊接设备任务二学习引线键合工艺任务三键合良次品判别及不良情况的分析与改进项目四学习引线焊接工艺任务一选择焊线材料及认识引线焊接设备一、引线焊接的目的引线焊接又叫键合或压焊，通常是采用热超声键合工艺，利用热及超声波,在压力、热量和超声波能量的共同作用下，使焊丝焊接于芯片上的焊垫及导线架或基板的焊垫上,使焊丝在芯片电极和外引线键合区之间形成良好的欧姆接触，完成芯片的内外电路的连接工作，使芯片与产品引脚形成良好的电性能。二、焊线材料的选择常态下银、铜都具有良好的导电及导热性能，金和铝的导电能力差不多，但金的导热性能要好于铝，仅次于银和铜。在硬度方面银和金较优，有着很好的延展性，可以弯成任意的形状，适合压焊操作。三、引线焊接设备任务二学习引线键合工艺一、键合工艺的分类从压焊操作的不同，光电器件的压焊可分为自动键合和手动键合两种工艺形式。从焊线形式上来划分，又可分为热压焊、超声楔型焊接、热超声球焊三种。从压焊的材料上来看，光电器件的压焊工艺常见的有金丝球焊和铝丝压焊两种。二、自动键合与手动键合工艺过程1、键合的工艺过程超声金丝球焊工艺过程可简单表示为：烧球→一焊→拉丝→二焊→断丝→烧球2、键合工艺参数自动键合机台重要参数规范参数BondTime(ms)（焊接时间）Bondpower(Dac)（焊接功率）BondForce(g)（焊接压力）LoopHeight(Manu)(μm)(拱丝高度)第一焊点（芯片）10～1550～7040～60300～400第二焊点（支架）12～2590～130100～140三、键合技术要求及注意事项1、材料的要求光电封装中常用的金丝：25μm金丝的拉力原则上不小于5CN＊，32μm金丝的拉力原则上不小于8CN。2、键合位置要求焊线时注意正负极性要正确，同时防止虚焊或尽量少虚焊。键合第一焊点：在芯片电极位置范围，金球与芯片电极同心,最大偏出芯片电极小于金球的四分之一。键合第二焊点：不得超出支架键合小区范围，双线两焊点位置不能重叠。3、键合焊点形状及尺寸要求形状：要求金球形变好，丝与球同心。金球直径:Ф25μm金丝：60-75μm，即为Ф的2.4-3.0倍。球型厚度：Ф25μm金丝：15-20μm，即为Ф的0.6-0.8倍。契形长度D:Ф25μm金丝：70-85μm，即为Ф的2.8-3.4倍。DD4、焊线走向要求不同外观双电极芯片键合要有正确的走线方向，双线不能交叉、重叠。5、键合拱丝弧线要求大多数的光电器件键合出的焊线应该是拱的形状。拱丝高度高于第二焊点，拱丝总高H控制在芯片高度h的1.2～2.5倍，大约100～350μm。拱丝的最高点在芯片的正上方，无塌丝，无勾丝。6、键合产品表观要求键合产品应该做到无多余焊丝、无掉片、无损坏芯片、无压伤电极。键合后键合区表面无残留小段焊丝、无芯片残渣残留。焊线的第一焊点、芯片电极及第二焊点的键合区域清洁，无明显的污物，并与键合区结合良好，用镊子轻触焊点无松动现象，将焊点刮掉后电极或键合区应有明显的超声键合的痕迹或焊丝残留。任务三键合良次品判别及不良情况的分析与改进一、键合失效模式键合工艺中最容易出现的问题主要是：晶片破损、掉晶、晶片翻转、塌线、虚焊（注：虚焊是指焊点与电极或PCB未形成共晶或者共晶不良，在测拉力的时候焊点断开等现象）二、键合不良情况的分析与改进1、焊点与芯片电极、引线框架电镀层黏性不好，将焊球推掉电极与焊球无明显超声痕迹（1）芯片电极表面有不清洁的现象，如装架的胶，其他物体接触芯片表面；芯片存储不当导致电极表面氧化。（2）在烧结过程中由于烘箱排气口不畅通，导致胶在固化过程中散发出的气体没有及时排出，吸附在芯片电极上或引线框架上，情况严重时也会影响键合焊点与键合区域的工艺。（3）劈刀磨损较大，可以通过更换劈刀改善该现象。2、键合掉片（1）芯片下的胶异常。（2）温度变高导致绝缘胶还原黏性变差。（3）引线框架电镀层表面有油污导致胶与电镀层黏接不良。3、键合失线频繁（1）金丝被污染或金丝品质异常，可通过更换金丝改善；线夹不清洁；劈刀到使用寿命。（2）焊线机参数设定不良，参数太小等情况。（3）引线框架不平整或表面不洁现象。思考与练习•在半导体光电器件封装工艺中为什么要进行引线焊接？它有什么作用？•按焊线形式分，键合工艺可分为哪几类？封装企业常用哪一种？•简述金丝球焊工作流程。金丝球焊和铝丝焊机的工作流程有什么差别？•引线焊接工艺有什么技术要求？•合格的引线焊接的外观如何？画出一个合格的引线焊接效果图•有哪些原因会引起键合频繁失线？•列举5种焊接失效模式，并写出其处理方法。•在键合工艺过程中可通过控制哪些环节来避免键合失效模式？