Wire-Bonding工艺以及基本知识

CONFIDENTIALWireBonding技術入門1.WireBonding原理2.Bonding用Wire3.Bonding用Capillary4.焊接时序圖5.BSOB&BBOS6.Wirebondingloop(線弧)7.Wirebond不良分析Preparedby:神浩Date:Nov.11th,2009CONFIDENTIALWireBonding------引線鍵合技術WireBonding的作用電路連線，使晶片與封裝基板或導線框架完成電路的連線，以發揮電子訊號傳輸的功能WireBonding的分類按工藝技術：1.球形焊接（ballbonding)2.楔形焊接(wedgebonding)按焊接原理：1.熱壓焊300-500℃無超聲高壓力引線：Au2.超聲焊室溫有超聲低壓力引線：Al、Au3.熱超聲焊100~150℃有超聲低壓力引線：AuIC封裝中電路連接的三種方式：a.倒裝焊（Flipchipbonding)b.載帶自動焊（TAB---tapeautomatedbonding)c.引線鍵合（wirebonding)1．WireBonding原理CONFIDENTIALWireBonding的四要素：Time(時間）Power(功率）Force(壓力）Temperature（溫度）熱超聲焊的原理：对金属丝和压焊点同时加热加超声波，接触面便产生塑性变形，并破坏了界面的氧化膜，使其活性化，通过接触面两金属之间的相互扩散而完成连接。CONFIDENTIAL2．Bonding用WireAuWIRE的主要特性：具有良好的導電性，僅次於銀、銅。电阻率（μΩ・ｃｍ）的比較Ag（１．６）＜Cu（１．７）＜Au（２．３）＜Al（２．７）據有較好的抗氧化性。據有較好的延展性，便於線材的制作。常用AuWire直径为23μｍ，25μｍ，30μｍ具有对熱压缩Bonding最适合的硬度具有耐樹脂Mold的應力的機械強度成球性好（經電火花放電能形成大小一致的金球）高純度（4N：99.99%）CONFIDENTIAL3．Bonding用CapillaryCapillary主要的尺寸：H：HoleDiameter(Hole径)T：TipDiameterB：ChamferDiameter(orCD)IC：InsideChamferICANGLE：InsideChamferAngleFA：FaceAngle(Face角)OR：OutsideRadiusHWDHole径（Ｈ）Hole径是由规定的Wire径ＷＤ（WireDiameter)来決定H=1.2~1.5WDCapillary的選用：CONFIDENTIALA.15(15XX)：直徑1/16inch（約1.6mm)，標準氧化鋁陶瓷B.XX51：capillary產品系列號C.18：HoleSize直徑為0.0018in.（約46μm）D.437：capillary總長0.437in.(約11.1mm）E.GM：capillarytip無拋光;(P：capillarytip有拋光）F.50：capillarytip直徑T值為0.0050in.（約127μm）G.4：IC為0.0004in.（約10μm）H.8D：端面角度faceangle為8°I.10：外端半徑OR為0.0010in.（約25μm）J.20D：錐度角為20°K.CZ1：材質分類，分CZ1,CZ3,CZ8三種系列1/16inch總長LCONFIDENTIALCapillary尺寸對焊線品質的影響：1.Chamfer径（ＣＤ）Chamfer径过于大的话、Bonding強度越弱，易造成虛焊.CDCDCONFIDENTIAL2.Chamfer角（ICA）Chamfer角：小→BallSize：小Chamfer角：大→BallSize：大CDCA:70(Degree)MBDSmallerCD–SmallerMBDCDCA:120(Degree)MBDBiggerCD–BiggerMBDChamferAngle：90°ChamferAngle：120°将Chamfer角由90°变更為120°可使Ball形状变大，随之Ball的宽度变宽、与Pad接合面積也能变宽。CONFIDENTIAL2ndNeck部Crack発生荷重过度附加接触面导致破损→HillCrack発生3.OR（OuterRadius）及FA（FaceAngle）：对HillCrack、Capillary的OR（OuterRadius）及FA（FaceAngle）的數值是重要影響因素CONFIDENTIALFA（FaceAngle）0°→8°變更FA0°→8°的變更並未能增加WirePull的測試強度，但如下图所示，能夠增加2ndNeck部的穩定性。FA：0°FA：8°CONFIDENTIAL次序动作1焊头下降至第一焊点之搜索高度2第一焊点之搜索3第一焊点的接触阶段4第一焊点的焊接阶段5返回高度6返回距离7估计线长高度8搜索延迟9焊头下降至第二焊点之搜索高度10第二焊点之搜索11第二焊点的接触阶段12第二焊点的焊接阶段13线尾长度14焊头回到原始位置4.焊接时序圖CONFIDENTIAL焊头動作步驟1.焊头在打火高度(复位位置)线夹关闭–WireClampClose空气中的金球FreeAirBall瓷嘴-CapillaryCONFIDENTIAL焊头在向下运动的过程中,金球通过空气张力器的空气张力,使金球紧贴瓷嘴凹槽FABCaptureWithinTheChamferDiameterofCapillaryDuringDescendingMotion,FABPullUpwardsbyAirTensionerDie线夹打开–WireClampOpen在第一焊点搜索高度开始,焊头使用固定的速度搜索接触高度AtSearchHeightPositionBondHeadSwitchtoConstantSpeed(SearchSpeed)toSearchForContact第一焊点搜索速度1stSearchSpeed1第一焊点搜索高度1stSearchHeight2.焊头由打火高度下降到第一焊点搜索高度CONFIDENTIAL3.第一焊點接触階段最初的球形和质量決定于1STBOND：CONTACTTIMECONTACTPOWER,CONTACTFORCE,Die线夹打开-WireClampOpen最初的球形影响参数:接觸压力和预备功率ImpactForceandStandbyPowerCONFIDENTIAL最终的球形和质量決定于1STBOND：BASETIMEBASEPOWERBASEFORCEDie线夹打开-WireClampOpen4.第一焊点焊接階段CONFIDENTIALDIE线夹打开WIRECLAMPOPEN反向高度-RH焊头向上运动BONDHEADMOVEUP5.完成第一点压焊后,焊头上升到反向高度CONFIDENTIAL6.反向距离线夹打开WIRECLAMP“Open”反向距离-RDDIEIEXY工作台运动X-YTABLEMOVEMENTCONFIDENTIAL7.焊头上升到线弧高度位置DIE焊头向上运动BONDHEADMOVEUP线夹关上-WIRECLAMPCLOSE计算线长CalculatedWireLength线夹关上后,开始第一点压焊检测M/CSTARTTODOTHE1STBONDNONSTICKDETECTIONATLOOPTOPPOSITIONAFTERW/CCLOSECONFIDENTIAL8.搜索延遲搜索延迟－XY工作台向第二压点移动－焊头不动SEARCHDELAY－XYTABLEMOVETOWARDS2NDBOND－BHMOTIONLESSDIE搜索延迟SEARCHDELAY线夹关上WIRECLAMPCLOSECONFIDENTIALSYNCHRONOUSOFFSETDECSAMPLEOFFSETDIEARCMOTIONSD第二焊点搜索高度-2ndSch.High第二焊点搜索速度-2ndSch.Speed线夹关上WIRECLAMPCLOSE线夹打开WIRECLAMPOpenatSearchPos.Lead9.XYZ移向第二压点搜索高度CONFIDENTIAL10.第二焊点接触階段最初的楔形影响参數2ndbond：ContactTime（接触时间）ContactPower（接触功率）ContactForce（接触压力）DIELEAD线夹打开WIRECLAMPOPEN接觸壓力和預備功率InitialwedgeshapewillbeaffectedbyimpactforceandstandbypowerCONFIDENTIAL11.第二压点焊接階段最终的楔形质量決定于2ndbond：BaseTime（基础时间）BasePower（基础功率）BaseForce（基础压力）线夾打开WIRECLAMPOPENCONFIDENTIAL12.焊头在尾丝高度Lead线夹关上WIRECLAMPCLOSE尾丝长度Taillength完成第二点压焊后,焊头上升到尾丝高度,然后线夹关上Aftercompletedbondingof2ndbond,BHwillbeascendedto‘TailLength’position,andclosewireclampCONFIDENTIAL13.拉断尾丝线夹在尾丝位置关上,把尾丝从第二压点拉断后,焊头上升到打火高度AfterWireClampCloseAtTailPosition,ItWillTearTheWireFromStitchAsBHContinueToAscendToFireLevel线夹关上WIRECLAMPCLOSECONFIDENTIAL14.金球形成，开始下一個压焊过程线夹关上WIRECLAMPCLOSE金球FAB焊头到达烧球高度,烧球延迟以后,然后电子打火形成对称的金球AfterBHReachFireLevelPositionAndAfterEFODelay,ASparkWillBeGeneratedToFormASymmetricalFAB打火杆E-TorchCONFIDENTIALBSOB的應用：1.晶體橋接2.改善第二點不易黏3.弧度高度限制5．BSOB&BBOSBBOS:BONDBALLONSTICHBSOB:BONDSTICHONBALLCONFIDENTIALBSOB時BONDHEAD的動作步驟：CONFIDENTIAL1.BallOffset：設定範圍:-8020,一般設定:-60此項設定值球時，當loopbase拉起後，capillary要向何方向拉弧BSOB的二個重要參數：CapillaryCenterlineBallCenterlineBallOffsetdie的方向lead的方向設定值為正值:代表capillary向lead的方向拉弧設定值為負值:代表capillary向die的方向拉弧Capillarycenter-60Capillarycenter60BallcenterCONFIDENTIALWireOffset55WireOffset65WireOffset452.2ndBondPtOffset此項是設定2銲點魚尾在BALL上的偏移距離，其單位是xyMotorStep=0.2um，一般設定：60此參數主要目的以確保2銲點魚尾與植球有最大的黏著面積BallCenterlineCapillaryCenterlineWireOffset0CONFIDENTIALBSOBBALLBSOBBALL最佳BSOB效果最佳BSOB效果CONFIDENTIAL正常正常FAB過大，BASE參數過小BASE參數過大BALL過大，STICHBASE參數過小BALL過小，STICHBASE參數過大BSOB2ndstich不良CONFIDENTIAL6．Wirebondingloop1.Q-Loop4.‘M’–LOOP2.SquareLoop3.PENTALOOPLOOP有