Wire Bonding技術概述與核心原理

Wire Bonding（引線鍵合）是半導體封裝中關鍵的芯片連接技術，通過金屬引線將芯片表面電極與封裝載體引腳連接，實現電信號傳輸。其核心原理是對金屬絲和壓焊點施加熱、超聲能量與壓力，使接觸面金屬發生塑性變形并破壞氧化膜，通過金屬原子相互擴散形成金屬化合物，完成固態連接1。該技術廣泛應用于集成電路、功率器件等封裝場景，直接影響電子設備的性能與可靠性。

Wire Bonding工藝流程詳解

標準工藝步驟

Wire Bonding過程需經過9個關鍵階段，涉及精準的機械運動與能量控制：

1. 打火準備：焊頭移動至打火高度，準備形成金球（針對球焊工藝）

2. 第一焊點定位：焊頭下降至第一焊點搜索高度，識別芯片焊盤位置

3. 接觸與焊接：通過超聲振動與壓力實現第一焊點（芯片端）連接

4. 線弧形成：焊頭上升至線弧高度，在芯片與引線框架間形成特定弧度引線

5. 第二焊點焊接：移動至引線框架引腳位置，完成第二焊點連接

6. 尾絲處理：焊頭上升至尾絲高度并拉斷引線，準備下一次循環

關鍵工藝參數

焊接質量取決于四大核心參數的協同控制：

• Time（時間）：超聲作用時長，影響金屬擴散程度

• Power（功率）：超聲能量強度，過大會導致焊盤損傷

• Force（壓力）：焊頭施加壓力，不足易導致虛焊

• Temperature（溫度）：工作臺加熱溫度，通常為150-250℃

Wire Bonding核心材料與工具特性

金屬線材性能對比

劈刀（Capillary）結構參數

劈刀作為關鍵工具，其幾何參數直接影響焊接質量：

• CD徑（Chamfer Diameter）：過大導致焊接強度下降，推薦值0.8-1.2mil

• Chamfer角：角度越大形成的金球尺寸越大，通常控制在30°-60°

• OR（Outer Radius）：影響引線弧度穩定性，過小易產生Hill Crack缺陷

Wire Bonding技術應用與發展趨勢

主流應用領域

1. 傳統封裝場景：DIP、SOP等封裝形式的內引線連接，占全球封裝市場60%以上份額

2. 功率器件封裝：IGBT模塊中采用粗鋁線實現大電流傳輸

3. MEMS器件：傳感器芯片與ASIC的低應力連接

技術演進方向

• 材料替代：銅線在消費電子領域滲透率已超50%，鈀銅線逐步解決可靠性問題

• 工藝優化：采用機器視覺技術實現焊點自動檢測，良率提升至99.95%

• 與Flip Chip競爭：在中小引腳數場景（<200 I/O）仍保持成本優勢，但面臨Flip Chip高密度封裝替代壓力

Wire Bonding質量控制與測試方法

主要檢測項目

• Wirepull Test：測試引線抗拉強度，金線通常要求>5g

• Ball Shear Test：評估第一焊點附著力，標準值>20gf

• IMC覆蓋率：金屬間化合物覆蓋面積需≥80%，確保連接可靠性

• 彈坑實驗（Crater Test）：檢查焊盤鋁層是否出現損傷

常見失效模式

1. 虛焊：因壓力不足或氧化導致的連接強度不足

2. 焊盤剝離：超聲功率過大導致芯片鋁層損傷

3. 引線斷裂：線弧弧度異常引發的機械應力集中

總結：Wire Bonding技術定位

作為擁有60余年歷史的成熟技術，Wire Bonding憑借工藝兼容性強、成本可控等優勢，仍是中低引腳數封裝的主流方案。盡管面臨Flip Chip等新技術的挑戰，但其在汽車電子、功率器件等領域的應用仍不可替代。未來通過銅線工藝優化、智能化裝備升級，該技術將持續在半導體封裝領域發揮重要作用。

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污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環境中的濕氣，通電后發生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關注的呢？助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質在所有污染物中的占據主導，從產品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質量。

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