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半導(dǎo)體Wire Bonding(WB、壓焊、Bonding、引線鍵合以及絲焊)原理、工藝及可靠性技術(shù)詳解

嘉峪檢測(cè)網(wǎng)        2025-11-13 11:35

※(Wire Bonding)介紹:
 
①Wire Bonding原理介紹:
 
   Wire Bonding(WB、壓焊、Bonding、引線鍵合以及絲焊):是指用金屬絲,利用熱壓焊或超聲能源,完成微電子器件中固態(tài)電路內(nèi)部連接線連接,即芯片與電路或引線框架之間的連接,使其成為一個(gè)導(dǎo)通的電路;其焊接四大參數(shù)(Power、Force、Time、Temperature)。
 
半導(dǎo)體Wire Bonding(WB、壓焊、Bonding、引線鍵合以及絲焊)原理、工藝及可靠性技術(shù)詳解
 
②Wire Bonding工藝介紹:
 
   Wire Bonding有兩種焊接方式:球形焊接(Ball Bonding)熱壓焊和楔形焊接(Wedge Bonding)冷壓焊;
 
Ⅰ.球形焊接:   
 
通過放電箱瞬間高壓放電來熔化線材末端形成FAB球,再利用超聲波或熱壓將FAB球焊接到焊盤上,從而形成焊點(diǎn),球形焊接一般使用金線、銀線、銅線等較多,其可靠性較好;
 
Ⅱ.楔形焊接:   
 
無需預(yù)先形成金屬球,直接將金屬線壓在焊盤上,通過超聲波能量和壓力使線材與焊盤結(jié)合,形成楔形焊點(diǎn),楔形焊接一般使用銅線、鋁線或者鋁帶等,相對(duì)而言,楔形焊接比球型焊接具有更精細(xì)的間距,但可靠性較差;
 
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※焊線方式介紹:
 
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按照導(dǎo)電性能排序: 2優(yōu)于1,1優(yōu)于3, 2>1>3;
 
按照可靠性排序:    3優(yōu)于1,1優(yōu)于2, 3>1>2;
 
1-Ⅰ2nd Stitch:
 
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2-ⅠWedge Bonding:
 
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3-ⅠBSOB:
 
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3-ⅡBBOS:
 
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※焊線動(dòng)作分解:
 
①球焊動(dòng)作分解:
 
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②楔形焊動(dòng)作分解:
 
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※焊線設(shè)備介紹:
 
①焊線機(jī):
 
常見主流機(jī)型主要有:ASM、KNS、Kaijo、Shinkawa等;
 
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②Plasma(等離子清洗機(jī)):
 
等離子:是由帶正電荷、負(fù)電荷的離子和電子,也可能有一些中性的原子和分子組成的集合體;
 
具體來說,等離子清洗機(jī)的工作過程可以分為以下幾個(gè)步驟:
 
Ⅰ.氣體電離:將待清洗的物體放入真空腔體中,然后通入適量的氣體(如氧氣、氮?dú)?、氬氣等)通過高頻電場(chǎng)或微波場(chǎng)將氣體電離,形成等離子體;
 
Ⅱ.表面反應(yīng):等離子體中的高能粒子與物體表面的污染物發(fā)生碰撞,使其分解或脫離表面,這些高能粒子包括離子、電子、自由基等,它們能夠與表面的有機(jī)污染物、氧化物和顆粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng),將其分解為揮發(fā)性氣體或小分子;
 
Ⅲ.污染物排出:通過真空泵將分解后的污染物排出腔體,完成清洗過程。這一步驟確保了清洗后的表面干凈無污染,為后續(xù)的工藝處理提供了良好的基礎(chǔ)。
 
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③水滴角測(cè)試儀:
 
水滴角測(cè)量?jī)x主要是用來測(cè)試物體表面的接觸角角度,通過水滴角度來分析判定物體表面的附著力、粘接性、疏水性、潔凈度等重要指標(biāo)。
 
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④推拉力設(shè)備:
 
通過連接器作用在可變形體上的力,它產(chǎn)生彈性變形,在彈性范圍內(nèi),變形與力基本成正比,使變形能反映力的大小,通過放大裝置放大變形體的變形,通過表盤上指針的指示讀出測(cè)試力值,是檢測(cè)WB制程的重要工具;
 
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※焊線線材介紹:
 
①線材選取按照以下原則:
 
Ⅰ.良好的導(dǎo)電性;
 
Ⅱ.良好的抗氧化性;
 
Ⅲ.良好的延展性,便于線材的制作;
 
Ⅳ.具有對(duì)熱壓焊最適合的硬度;
 
Ⅴ.具有對(duì)樹脂Mold應(yīng)力的機(jī)械強(qiáng)度;
 
Ⅵ.成球性好(經(jīng)電火花可形成大小一致的金球);
 
Ⅶ.高純度(99.99%)
 
②常用線材有:
 
金線、銀線、鎳鈀金線、銅線、鋁線、鋁帶等;
 
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※焊線劈刀介紹:
 
①劈刀介紹
 
劈刀(Bonding Capillary)又稱瓷嘴、焊針,通常是使用陶瓷材料或陶瓷復(fù)合材料制作而成,是半導(dǎo)體行業(yè)不可缺少的工具;
 
②劈刀分類:
 
主要可以分為兩大類:球形焊接使用的(Bonding Capillary)及楔形焊接使用的(Bonding Wedge)
 
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※焊接可靠性介紹:
 
①Wire Bonding強(qiáng)度測(cè)試項(xiàng)目:
 
Ⅰ.Pull Test:測(cè)試焊線完成后,線弧所能承受的拉力;
 
Ⅱ.Ball Shear:測(cè)試金球與焊墊的粘著力;
 
Ⅲ.Ball Thickness:測(cè)試壓扁在焊墊上的金球高度;
 
Ⅳ.Ball Size: 測(cè)試金球直徑;
 
Ⅴ.Crater Test:測(cè)試焊盤在與鍵合球結(jié)合后有無出現(xiàn)損傷( NaOH  強(qiáng)堿 );
 
Ⅰ.Pull Test:
 
Pull Test時(shí),斷B,C兩點(diǎn)為OK;
 
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Ⅱ.Ball Shear:
 
Mode1,Mode2,Mode4,Mode5均不符合制程要求;
 
Mode3有金球殘留,符合制程要求;
 
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Ⅲ.Crater Test:
 
鎳鈀金Pad(NiPdAu Pad):因Pad 表面為金層,所以該類試驗(yàn)時(shí)必須用王水(又稱王酸、硝基鹽酸,是一種腐蝕性非常強(qiáng)、冒黃色霧的液體,是濃鹽酸(HCl)和濃硝酸(HNO3)按體積比為3:1組成的混合物)進(jìn)行腐蝕;
 
鋁焊盤(Al Pad)與銅鋁焊盤(CuAl Pad):因焊盤表面是鋁層,所以利用鋁的兩性(鋁的兩性指的是鋁既能跟酸反應(yīng),又能跟強(qiáng)堿反應(yīng)),試驗(yàn)時(shí)可選用的化學(xué)藥水種類較多,通常為氫氧化鈉/ 氫氧化鉀溶液、磷酸/ 鹽酸溶液等。其中,使用氫氧化鈉/ 氫氧化鉀溶液把焊球和Pad 之間的鋁層溶掉,最終把Pad 和焊球分離出來。
 
氧化層磨損 (不合格):   
 
強(qiáng)度過大造成氧化層損壞,顯現(xiàn)一些凹陷狀,從上面看的話,看出沒有邊界現(xiàn)的彩虹條紋;
 
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氧化層裂開(不合格):   
 
氧化層裂開,從上面看,看出有邊界線的彩虹顏色,而且邊界線沒有顏色和深度;
 
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彈坑和孔洞(不合格):   
 
氧化層完全斷裂并露出硅層,從上面看的出裂開的部分脫落,而且邊界線無色彩但有深度,并伴有成直角的洞。
 
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