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一、封裝設計

 

1.金線的選擇

      金具有導電性良好，耐腐蝕性高，不易氧化等特性。是目前半導體封裝中主要的鍵合材料。金線的選擇主要考以下幾點：

      1）純度：99.99%，99.999%等。根據(jù)不同的摻雜元素及比例，得到不同的金線型號。

 

 

Tananka25um金線的部分類型及特點

 

 

     4）熱影響區(qū)HAZ（Heat Affected Zone） ：燒球后的熱量對金線內(nèi)部晶粒的影響區(qū)域。由于高溫作用，該區(qū)相較于金線其他部分，晶粒變大且硬度減小將近20%，該區(qū)的長度及晶粒大小會影響線弧的形狀和強度。

 

 

      5）線徑：金線直徑，根據(jù)產(chǎn)品最大允許電流，BPO尺寸，loop長度和高度等因素選擇。

 

 

2. 芯片pad設計規(guī)則

 

 

封裝一般是用L/F或Subtrate作為支撐。

 

 

二、WB工藝

 

1.工藝

      WB工藝采用熱壓超聲鍵合技術，在一定溫度及時間條件下，利用超聲功率、壓力共同作用于金球及焊接位置上，使接觸面兩種金屬之間發(fā)生變形及原子擴散從而形成共金，實現(xiàn)die與package之間的可靠電路連接。

 

2. 主要參數(shù)對鍵合的影響

      1）Temperature：去除鍵合面上的濕氣，油污等，促進原子間擴散。溫度過低，無法形成鍵合；溫度過高，焊點形變嚴重，易損壞電路。

      2）US Power :使劈刀震動，摩擦破壞FAB及接觸位置的氧化層，促使原子間鍵合。US Power過大，ball neck處易損傷，嚴重時破壞鋁層；過小，鍵合強度不夠。

      3）Bond force：將金線固定于焊接位置，使金線與焊接表面緊密壓合，使金線延展變形。Force過大，金球形變嚴重，易損傷pad ；force過小，壓合不夠，無法完成鍵合。

      4）Bond time：US power及force的作用時間，時間過短無法完成有效鍵合；時間過長易引起ball neck處斷裂損傷。

 

3.  劈刀的選型

      劈刀是WB中重要的輔助工具，劈刀的好壞決定焊點的外觀及可靠性。

      劈刀型號需根據(jù)產(chǎn)品的實際情況來選擇，綜合考慮金線線徑、PAD尺寸、PAD間距、弧高等因素。一般分為普通劈刀及fine pitch劈刀。

 

 

3.1劈刀的剖面圖及參數(shù)

 

 

3.2  影響1st bond 的參數(shù)

      1）Hole：固定金線使得金線中心與孔徑中心重合。

      2）CD 和ICA：配合作用，ICA越小，CD越小，則金球直徑越小

        >> 劈刀下降過程中將FAB固定在劈刀中心；

        >>把超聲波的能量及壓力傳遞給金球，在瓷嘴內(nèi)部搓壓金球使鍵合更加牢固；

        >>控制金球尺寸。

 

 

3.3 影響2nd bond的參數(shù)

      1）Tip：Tip越大，2nd bond面積越大，可靠性越好；tip過大易碰到相鄰線弧；反之，tip過小則2nd bond面積過小，鍵合強度不夠易引起NSOL。   

 

 

      2）FA&OR：二者互補關系

      FA保證魚尾有足夠的厚度，一般FA=0°,4°,8°,11°。

      OR確保魚尾區(qū)域過渡平滑，避免產(chǎn)生裂紋。

 

3.3  影響loop的參數(shù)

      1）Hole：hole過小，金線在鍵合過程中放線不順暢，導致線弧過緊。

      2）ICA：ICA過小，鍵合過程中易傷線。

 

 

3.4  影響線尾及FAB的參數(shù)

      1）ICA&FA：二者形成的夾角大小決定切割邊緣的鋒利程度。

       一般FA>=8°，則ICA=120°；FA<8°，則ICA=90°

      角度過大，易導致線尾沒有徹底切斷，2nd bond 容易被整個拉起；

      角度過小，線尾容易提前從2nd bonding區(qū)域脫落，導致頻繁無線尾或線尾短無法形成FAB。    

 

 

4. 打線可靠性標準

      一般從以下幾方面驗證鍵合參數(shù)的設置是否合理，鍵合強度是否符合可靠性標準：外觀、引線抗拉力強度、金球剪切力強度。

 

4.1  外觀

      1). 1st  bond

         a. 金球外觀正常，不超出pad

         b. 金球neck處無裂紋，無損傷

         c. 金球厚度約為金球直徑的20%

         d. IMC大于金球直徑的75%（NPI）

        e. Pad無彈坑，底部完整無損傷（NPI）

 

 

      2). 2nd  bond

          a. 魚尾完整并完全在鍵合區(qū)域內(nèi)；

          b. 魚尾過渡平滑無裂紋，無peeling。

 

 

     3). Loop

        a. 線弧正常無扭曲無坍塌，表面光滑無損傷；

        b. 線弧間距大于2倍線徑。

 

 

4.2 引線抗拉力強度測試

      對線弧進行抗拉力測試，檢驗鍵合的強度及線弧參數(shù)設置是否符合要求。

 

 

     常見的金線抗拉力強度標準如下表1所示，其他線徑的標準參考下圖1。

 

 

4.3  金球剪切力測試

      對金球進行剪切力測試，檢驗鍵合強度是否符合標準。

 

 

      常見的金球剪切力標準可參考下表2，其他大小的金球可參考圖2曲線。

 

 

5.線弧設計

      根據(jù)設計要求，die表面到封裝表面的距離、線弧長度來選擇線弧模式，從而得到不同的線弧。

      根據(jù)線弧高度可分為：正常線弧60<H<150um，超低線弧H<60um。

      也可按線弧長度分可分為長線弧L>1mm和短線弧L<1mm。

 

 

6.常見不良及原因分析

      常見的鍵合不良主要有：1st bond 不良、2nd bond 不良及Loop不良。

 

6.11stbond 不良

 

 

6.22ndbond 不良

 

 

6.3 loop 不良

 

 

7.如何提升打線效率

7.1.人員

1）WB工藝原理

2）WB設備各機構部件

3）相關材料（金線，劈刀）

4）WB關鍵參數(shù)

5）常見異常的主要原因及解決措施

 

7.2.設備

 1）WB設備各機構部件可正常工作

2）WB關鍵部件需定時保養(yǎng)

 

7.3.物料

1）劈刀選型

2）金線選擇

 

7.4.方法

1）定義關鍵參數(shù)范圍

2）前制程對WB的影響

 

7.5.環(huán)境

打線環(huán)境符合國家標準