Wire-Bonding工艺与基本知识

WireBonding------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：倒裝焊（Flipchipbonding)載帶自動焊（TAB---tapeautomatedbonding)引線鍵合（wirebonding)1．WireBonding原理第一页，共36页。WireBonding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。第二页，共36页。2．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Au

Wire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%）第三页，共36页。3．Bonding用CapillaryCapillary主要的尺寸：H：HoleDiameter(Hole径)T：TipDiameterB：ChamferDiameter(orCD)IC：InsideChamferICANGLE：InsideChamferAngleFA：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：第四页，共36页。15(15XX)：直徑1/16inch（約1.6mm)，標準氧化鋁陶瓷XX51：capillary產品系列號18：HoleSize直徑為0.0018in.（約46μm）437：capillary總長0.437in.(約11.1mm）GM：capillarytip無拋光;(P：capillarytip有拋光）50：capillarytip直徑T值為0.0050in.

（約127μm）4：IC為0.0004in.（約10μm）8D：端面角度faceangle為8°10：外端半徑OR為0.0010in.（約25μm）20D：錐度角為20°CZ1：材質分類，分CZ1,CZ3,CZ8三種系列1/16inch總長L第五页，共36页。Capillary尺寸對焊線品質的影響：Chamfer径（ＣＤ）

Chamfer径过于大的话、Bonding強度越弱，易造成虛焊.CDCD第六页，共36页。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。第七页，共36页。2ndNeck部Crack発生荷重过度附加接触面导致破损→HillCrack発生OR（OuterRadius）及FA（FaceAngle）：对HillCrack、Capillary的OR（OuterRadius）及FA（FaceAngle）的數值是重要影響因素第八页，共36页。FA（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°第九页，共36页。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.焊接时序圖第十页，共36页。焊头動作步驟焊头在打火高度(复位位置)

线夹关闭–WireClampClose空气中的金球FreeAirBall瓷嘴-Capillary第十一页，共36页。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1stSearchHeight焊头由打火高度下降到第一焊点搜索高度

第十二页，共36页。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ImpactForceandStandbyPower第十三页，共36页。最终的球形和质量決定于1STBOND：BASETIMEBASEPOWERBASEFORCEDie线夹打开-WireClampOpen

第一焊点焊接階段第十四页，共36页。DIE线夹打开WIRECLAMPOPEN反向高度-RH焊头向上运动BONDHEADMOVEUP完成第一点压焊后,焊头上升到反向高度

第十五页，共36页。反向距离

线夹打开WIRECLAMP“Open”反向距离-RDDIEIEXY工作台运动X-YTABLEMOVEMENT第十六页，共36页。

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/CCLOSE第十七页，共36页。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－BHMOTIONLESS

DIE搜索延迟SEARCHDELAY

线夹关上WIRECLAMPCLOSE

第十八页，共36页。SYNCHRONOUSOFFSETDECSAMPLEOFFSETDIEARCMOTIONSD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.LeadXYZ移向第二压点搜索高度

第十九页，共36页。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Initialwedgeshapewillbeaffectedbyimpactforceandstandbypower

第二十页，共36页。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WIRECLAMPOPEN第二十一页，共36页。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,andclosewireclamp第二十二页，共36页。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WIRECLAMPCLOSE第二十三页，共36页。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AfterBHReachFireLevelPositionAnd

AfterEFODelay,ASparkWillBeGeneratedToFormASymmetricalFAB打火杆E-Torch第二十四页，共36页。BSOB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:BONDSTICHONBALL第二十五页，共36页。BSOB時BONDHEAD的動作步驟：第二十六页，共36页。BallOffset：

設定範圍:-8020,一般設定:-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-60Capillarycenter60Ballcenter第二十七页，共36页。WireOffset55WireOffset65WireOffset452

ndBondPtOffset

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BallCenterlineCapillaryCenterlineWireOffset0第二十八页，共36页。BSOBBALLBSOBBALL最佳BSOB效果最佳BSOB效果第二十九页，共36页。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不良第三十页，共36页。6．WirebondingloopQ-Loop‘M’–LOOPSquareLoopPENTALOOPLOOP有以下四種類型：第三十一页，共36页。序號參數名稱單位功能說明1ReverseHeight(RH)Step反向弧度高度(1Step=10um範圍:1-400step)2ReverseDistance(RD)Step反向拉弧距離(RD=%RH)如：圖13LoopHeightCorrection(LHC)Step弧度高度補償，LHC越大則弧度的金線越長(1step=10um範圍:25-1500um1–59mil

）如：圖24SearchDelay(SD)Dac搜尋延遲時間，拉弧路徑至最高點後所延遲的時間（範圍:0~60，主要控制LoopBase的一致性，典型的設定值為3）5Deceleration(DEC)Dac拉弧減速，DEC越小則弧度越緊，反之則否，主要