引线键合工艺及其影响因素的研究完整版新

1成都电子机械高等专科学校毕业论文题目引线键合工艺及其影响因素的研究研究引线键合工艺及其影响因素＿＿着重金丝球键合分析内容提要引线键合就是用非常细小的线把芯片上焊盘和引线框架(或者基板)连接起来的过程。金线焊接工艺，是引线键合工艺的一种。它是利用金线将芯片上的信号引出到封装外壳的管脚上的工艺过程。本文主要探讨集成电路封装中金丝球键合工技术以及影响因素。关键字引线键合工艺热超声焊球形焊接步骤引线键合线弧技术影响因素WB与塑封的关系目录绪论一………………………………………………………集成电路封装测试工艺流程简介▲前道工艺▲后道工艺2贴膜注模研磨激光打印抛光烘烤晶片装裱电镀切割电镀后烘烤第二道外观检查料片装裱焊片切割银浆烘烤去粘等离子清洗拣装焊线（wirebond）第四道检查第三道外观检查测试，包装，出货二…………………………金丝球焊线机简述2.1…………………………………引线键合工艺介绍2.2…………………………………引线键合机的介绍2.2.1…………………………键合机校正系统设计与实现金球引线键合（GoldBallWireBonding）循序渐进的键合工艺2.2.2…………………………………………………………校正系统设计2.2.2.1……………………………………………………伺服系统校正2.2.2.2……………………………………图像系统校正（PRS）2.2.2.3…………………………………………物料系统校正（MHS）2.2.2.4……………………………………热台压板电动机校正2.2.2.5………………………………………前后导轨电动机校正2.2.2.6…………………………………………进出料电动机校正2.2.2.7………………………………………键合头十字坐标校正2.2.2.8………………………………………EFO打火高度校正2.2.2.9……………………………………………USG校正2.2.2.10…………………………………………键合压力校正三.…………………………………………………引线键合的质量检测3.1……………………………………对键合焊球形貌外观检测3.1.1…………………………………………………两键合点的形状3.1.2…………………………………………键合点在焊盘上的位置33.1.3……………………………………键合点根部引线的变形情况3.2…………………………对键合点引线与焊盘的粘附情况的测试3.2.1……………………………………………Intermetallic实验3.2.2…………………………………………………Cratering实验3.2.3……………………WirepullTest(破坏性键合拉力测试)四.分析金线焊接的影响因素五.浅谈金丝球键合对注模的影响致谢参考文献绪论集成电路的封装就是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保持芯片和增强电热性能的作用，而且芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接，从而实现内部芯片与外部电路的连接。因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB(印制电路板)的设计和制造，因此它是至关重要的。集成电路封装过程中，引线键合工艺是用线将芯片上的信号引出到封装外壳的管脚上建立有效的电气连接的工艺过程。封装工艺发展到今天，主要有以下几种封装形式：SLP，SOIC，TSSOP，QFP，BGA，LGA等等封装类型，上面介绍的是一些市场上比较常见的相关芯片的封装方式，随着技术的发展以及生产工艺的成熟，各种新的封装技术将会不断出现，而且新的封装技术也会更可靠，促进行业朝更小，更易操作化的方向发展。引线和两焊点的的质量和引线线键合机参数设置则是决定引线键合质量的主要因素。此外，还有诸多因素会对其造成影响。本文将重点解释键合工艺和影响因素。第1章芯片封装工艺流程介绍4以塑胶封装中SLP的引线键合为例，其步骤依序为：★FRONTOFLINE（前段）：TAPE(给整张芯片着膜)→BACKGRINDING(晶片背面磨削)→DETAPE(去出整张芯片上的膜)→WAFERMOUNT(晶片绷膜)→WAFERSAW(切割芯片)→SECONDOPTICALINSPECTION(第二道视觉检查)→DIEBOND(芯片粘贴)→OVEN(烘烤)→PLASMACLEAN(氩气清洁)→WIREBONDER(金线键合)→THIRDOPTICALINSPECTION(第三道视觉检查)。★ENDOFLINE（中段和后段）：MOLD(注模)→LASERMARK(激光标注)→PMCOVEN(高温烘烤)→TINPLATING(纯锡电镀)→ANNEALING(退火)→UVCURE(清洁)→STRIPMOUNT&SAWSINGULATION(切割在框架上的颗粒)→PACKAGEPICK&PLACE(拾取和装管)。★FINALTEST(终测)。下面简单说明几道比较关键的工序的作用。1.1晶片背面磨削(BACKGRINDING)：研磨晶圆背部，减薄厚度至客户要求。1.2切割芯片（WAFERSAW）：切割晶圆，将晶粒分开，有利后面工序。1.3芯片粘贴（DIEBOND）：将分开的晶粒放置在框架上并用银胶粘着固定。1.4金线焊接（WIREBOND）：按照客户要求，将金线焊接到指定的焊点上，以完成电路的互连1.5注模〔Molding〕：将芯片用模具塑封起来。第2章金丝球焊线机〔工艺与设备〕简述2.1引线键合工艺介绍1：〔定义〕引线键合就是用非常细小的线把芯片上焊盘和引线框架(或者基板)连接起来的过程。2：〔原理〕WB过程中，引线在热量、压力或超声能量的共同作用下，与焊盘金属发生原子间扩散达到键合的目的。53：有两种引线键合技术：球形焊接（ballbonding）和楔形焊接（wedgebonding）。对这两种引线键合技术，基本的步骤包括：形成第一焊点（通常在芯片表面），形成线弧，最后形成第二焊点（通常在引线框架/基板上）。球形焊接工艺流程基本的球形焊接工艺包括以下步骤：第一点焊接（通常在芯片表面）线弧成型到第二点焊接（通常在引线框架/基板的表面）。对于楔形焊接，引线在压力和超声能量下直接焊接到芯片的焊盘上。两种键合的不同之处在于：球形焊接中在每次焊接循环的开始会形成一个焊球（FreeAirBall，FAB），然后把这个球焊接到焊盘上形成第一焊点；4：〔主要运用〕丝球焊是引线键合中最具代表性的焊接技术，它是在一定的温度下，作用键合工具劈刀的压力，并加载超声振动，将引线一端键合在IC芯片的金属法层上，另一端键合到引线框架上或PCB的焊盘上，实现芯片内部电路与外围电路的电连接，由于丝球焊操作方便、灵活、而且焊点牢固，压点面积大（为金属丝直径的2.5－3倍），又无方向性，故可实现高速自动化焊接。而其中丝球焊广泛采用金引线，金丝具有电导率大、耐腐蚀、韧性好等优点，广泛应用于集成电路。5：引线键合大约始源于1947年。如今已成为复杂，成熟的电子制造工艺。根据引线不同，又可分为金线、铜线、铝线键合等。根据键合条件不同，球键合可分为热压焊、冷超声键合和热超声键合．热压焊（TC）是引线在热压头的压力下，高温加热（250℃）发生形变焊接。它首先将穿过以氧化铝、碳化钨等高温耐火材料制成的毛细管状键合工具（BondingTool/Capillary,也称为瓷嘴或焊针）的金属线末端以电子点火（ElectricalFlame-off,EFO）或氢焰（HydrogenTorch）烧灼成球，键合工具再引导金属球至第一键合点位置上借热压扩散键合效应进行球形键合（BallBond）超声焊（U/S）在不加热（通常是室温）利用楔焊工具的超声运动，在楔焊工具的压力下，发生形变焊接。热压超声焊（TS）焊接工艺包括热压焊与超声焊两种形式的组合。在焊接工具的压力下，加热温度较低（低于TC温度值，大约150℃），与楔焊工具的超声运动，发生形变焊接。热超声键合常为金丝球键合，因同时使用热压和超声能量，能够在较低的温度下实现较好的键合质量，从而得到广泛使用。6：〔附属讲解〕超声波焊接另称键合，是利用超声频率(16～120kHz)的机械振动能量，连接同种或异种金属、半导体、塑料及陶瓷等的一种特殊的焊接方法，6是以键合楔头(Wedge)引线金属线使其迫紧于键合点上，再输入20kHz至60KHz,振幅20μm至200μm的超声波，借助声波震动与迫紧压力产生冷焊效应而完成键合，输入的超声波除了能磨除键合点表面的氧化层与污染之外，主要的功能在形成所谓的声波弱化（AcousticWeakening）的效应，以促进接合界面动态回复（DynamicRecovery）与再结晶（Recrystallization）等现象的发生而形成键合。超声波焊接现已广泛地应用于集成电路、电容器、超高压变压器屏蔽构件、微电机、电子元器件及电池、塑料零件的封装等生产中。与传统的焊接技术相比，超声波焊接技术具有高速、高效和高自自动化等优点，成为半导体封装内互联的基本技术。超声波键合7：〔主要〕所谓热超声焊，往往是需要采用加热的方式，通过加热块对工件进行加热，所以焊接温度往往成为需要控制的工艺参数。此外，该工艺需要对焊接金属丝(主要是金线)末端通过火花放电和表面张力作用预先烧制成球，故又成为金丝球压焊，所以对放电电流、时间和距离的控制也是要求比较高的。我们采用热压超声波键合，即超声波键合与热压键合的混合技术，热声引线接合器工艺要求热、超声功率和力。金球和芯片焊盘上的铝在热作用下，同时施加超声功率，压到一起，结果得到金属间的连接（熔焊）。该工艺往往大量运用于大规模、超大规模集成电路的内互联，是一种比较成熟的工艺。8：金丝球焊是最常用的方法，在这种工艺中，一个熔化的金球粘在一段线上，压下后作为第一个焊点，然后从第一个焊点抽出弯曲的线再以新月形状将线(第二个楔形焊点)连上，然后又形成另一个新球用于下一个的第一个球焊点。金丝球焊被归为热超声工艺，也就是说焊点是在热(一般为150℃)、超声波、压力以及时间的综合作用下形成的。图1：球形焊接步骤7BallBondingProcessFlow在球形焊接循环的开始，焊接工具（劈刀）移动到第一点焊接的位置。第一点焊接通过热和超声能量实现在芯片焊盘表面焊接一个圆形的金属球。之后劈刀升高到线弧的顶端位置并移动形成需要的线弧形式。第二点焊接包括针脚式键合（stitchbond）和拉尾线（tailbond）。第二点焊接之后进行拉尾线是为了形成一尾线（wiretail），是为下一个键合循环金属球的形成做准备。焊接工具（劈刀）升高到合适的高度以控制尾线长度，这时尾端断裂，然后劈刀上升到形成球的高度。形成球的过程是通过离子化空气间隙的“电子火焰熄灭”（ElectronicFlame－off，EFO)过程实现的，形成的金属球就是所谓自由空气球（FreeAirBall，FAB）。9：因为在第一焊点到第二焊点间的拱丝没有方向的限制，这使得球形焊接拱丝非常灵活。另外球形焊接也能实现非常好的精度控制。对于精确的焊点，焊线机需要能够进行识别和维持精确性，调整视觉系统的光学中心和设备中心的误差。在球形焊接中仅仅需进行X和Y方向的补偿，引线轮廓主要由引线和拉弧参数决定。拉弧参数包括劈刀运动轨迹、引线长度、转角、转角长度和运动速度。合理的拉弧参数可以降低引线轮廓高度，减少蠕动，增强可靠性。图5是一种拉弧方式的示意图。810．引线键合线弧技术有两种基本的拱丝类型：前向拱丝(ForwardLoop)和反向拱丝(ReverseLoop)前向拱丝工艺打第一焊点在芯片焊盘上，然后在引线框架上进行第二焊点。反向拱丝与前者不同，先在芯片焊盘上打一个凸点（Bump），在形成凸点之后，在基板上进行球焊，然后在凸点上进行针脚式键合（stitchbond）。低线弧的要求促进了反向拱丝的发展，虽然它比正常的前向拱丝效率低一些。目前通常的线弧方式都是前向拱丝方