《集成电路封装工艺项目教程（活页式）》 课件 项目四 引线键合

引线键合知识准备1.了解引线键合工艺的基本原理及相应的设备、材料2.熟悉引线键合现场作业流程知识目标知识准备引线键合工艺，又称为线键合工艺，是将集成电路芯片内部的电极与外部引线连接的一种技术。其主要目的是实现集成电路与外部电路的可靠连接，确保电子产品正常运行。引线键合工艺包括金线键合、银线键合、铜线键合等，可根据产品性能和成本要求选择适当的工艺。1986年出生的闫敏芳，是中国电子科技集团公司第十三研究所半导体分立器件装调工，被誉为“键合行业‘军工绣娘’”。从业以来，她专注引线键合工作，刻苦专研，狠练技能，熟练掌握了多种规格金丝、金带和铝丝的键合操作，从一个引线键合“小白”，成长为理论扎实、技能全面的键合高手。正式因为有这样“十年磨一剑”的付出，采用我国精密制造中国“芯”的坚实力量。引线键合工艺作为集成电路封装技术的重要环节，在电子产品的性能和可靠性方面发挥着关键作用。未来，引线键合工艺将继续在多元化、高性能、低成本和环保可持续性等方面取得突破，以满足不断变化的市场需求和技术挑战。背景一、引线键合工艺1.引线键合工艺简介引线键合基本概念引线键合也称引线焊接、打线，它是利用热、压力、超声波能量使金属引线与焊盘紧密焊合的一种工艺。芯片互连工艺芯片互连是将芯片焊区与封装外壳的I/O引线或基板上的金属布线焊区相连接的工艺。常见芯片互连工艺引线键合、载带自动焊、倒装芯片焊。1.引线键合工艺简介引线键合形式楔形健合球形键合第一键合点第一键合点第二键合点第二键合点键合方向灵活性高单一方向键合工艺一、引线键合工艺2.引线键合的作用引线非常细小的金属线，常用的引线有金线、银线、铜线和铝线。键合利用金属引线的两端分别与芯片和管脚键合形成电气连接。作用

使芯片与外界实现信号传送及接收。1234567烧球第一焊点引线上升形成线弧第二焊点切断引线完成一次键合引线夹钳毛细管劈刀焊盘芯片压力一、引线键合工艺3.引线键合的原材料主材：键合线（即引线）、装片后的框架。Au广泛用于热压键合和热超声键合丝线表面要光滑和清洁以保证强度和防止丝线堵塞纯金具有很好的抗拉强度和延展率高纯金太软，往往需要对其进行微合金化，提高其强度。（如加入约5-10ppm重量的Be或者30-100ppm的Cu,掺Be的引线强度一般要比掺Cu的高10-20%）成本高昂一、引线键合工艺引线键合原材料主材：键合线（即引线）、装片后的框架。Cu便宜，资源充足在塑封中抗波动（在垂直长度方向平面内晃动）能力强主要问题是键合性问题比金和铝硬导致出现弹坑和将金属焊区破坏由于易氧化，要在保护气氛下键合3.引线键合原材料一、引线键合工艺引线键合原材料主材：键合线（即引线）、装片后的框架。Ag成本低于金线如果芯片焊盘敏感不能使用铜，且易被铜的高结合力损坏，可采用银线进行键合银线具有较好的反射率，适用于LED设备3.引线键合原材料一、引线键合工艺引线键合原材料主材：键合线（即引线）、装片后的框架。Al适用于低工艺温度场景纯铝太软而难拉成丝，一般加入1%Si或者1%Mg以提高强度Si颗粒尺寸影响丝线的塑性，第二相是疲劳开裂的萌生潜在位置掺1%镁的铝丝强度和掺1%硅的强度相当,抗疲劳强度更好，因为镁在铝中的均衡溶解度为2%,于是没有第二相析出在选择键合线材质以及线径时，需要根据芯片对性能、电流大小等要求进行评估。3.引线键合原材料一、引线键合工艺辅材：劈刀、保护气体（N2，N2+H2）劈刀常常是通过氧化铝或者碳化钨进行粉末烧结而成。对于一些单一用途的工具，也可以用玻璃、红宝石和碳化钛来代替。用于球形键合的毛细管劈刀楔形劈刀3.引线键合原材料一、引线键合工艺4.引线键合方式热压键合热压键合是引线在热压头的压力下，高温加热焊丝发生形变，通过对时间、温度和压力的调控进行的键合方法。超声键合超声键合不加热，是在施加压力的同时，在被焊件之间产生超声频率的弹性振动，破坏被焊件之间界面上的氧化层，并产生热量，使两固态金属牢固键合。热超声键合热压超声键合工艺包括热压焊与超声焊两种形式的组合。可降低加热温度、提高键合强度、有利于器件可靠性。一、引线键合工艺三种键合方式比较键合方式温度压力键合强度热压键合高于200℃0.5-1.5N/点0.05-0.09N超声键合室温<0.5N/点0.05-0.09N热超声键合小于200℃<0.5N/点0.09-0.1N5.引线键合工艺参数标准一、引线键合工艺引线球吸收的能量越多主要工艺参数介绍键合时间键合时间通常都在几毫秒，键合点不同，键合时间也不一样。键合时间越长界面强度增加颈部强度降低键合点的直径就越大键合点尺寸过大超出焊盘边界导致空洞生成概率增大5.引线键合工艺参数标准一、引线键合工艺主要工艺参数介绍超声功率与键合压力超声功率对键合质量和外观影响最大，因为其对键合球的变形起主导作用。增大超声功率通常需要增大键合力，使超声能量通过键合工具更多的传递到键合点处。超声功率过小导致过窄、未成形的键合尾丝翘起超声功率过大导致根部断裂键合塌陷焊盘破裂超声功率与键合压力的关系5.引线键合工艺参数选择一、引线键合工艺6.引线键合的质量要求外观检查可采用光学显微镜、工业显微镜、扫描电子显微镜、X射线成像等手段进行检测。颈部裂纹超出电极虚焊第一焊点第二焊点合格焊点问题焊点一、引线键合工艺6.引线键合质量判断力学性能测试对焊球推力和线弧拉力进行无损和有损检测。球推力测试线弧拉力测试剪切力键合区钝化层焊盘试验样品夹具第一焊点第二焊点拉力可靠性测试：振动测试、老化测试、耐潮湿性测试、机械冲击和热冲击测试等。一、引线键合工艺二、引线键合材料与设备键合机在运行过程中利用摄像技术将芯片电路图像传输到计算机内，由计算机完成电极位置识别，并控制键合机完成键合动作。键健合线是必不可少的键合材料，它主要应用于芯片电极部位或芯片与外部引线的连接。本实训中采用铜线。键合线二、引线键合材料与设备劈刀劈刀常常是通过氧化铝或碳化钨进行粉末烧结而成。本实训使用毛细管劈刀（用于球形键合)，牵着键合线完成键合动作。根据不同的键合线对应选择不同型号的劈刀。二、引线键合材料与设备拉力计拉力计用于进行拉力试验，测量键合线的键合强度，以确保产品的键合质量。拉力试验分为破坏性和非破坏性两种，本实训利用手动拉力计，进行非破坏性的测量。二、引线键合材料与设备三、引线键合作业指导书1.键合工位简介三、引线键合作业指导书1.键合工位简介三、引线键合作业指导书2.键合工艺操作流程物料领取辅料领取键合机穿线键合机准备键合机生产运行三、引线键合作业指导书3.键合技能点键合机穿线①键合线尾端侧（黄）朝外放置于键合机对应位置处;②用镊子将键合线尾部与接地端相连;③键合线依次穿过键合线张力器、线夹和劈刀完成穿线操作。注意事项①作业过程中注意监控设备运行参数;②设备运行时注意安全，防止伤手;③拆除键合线包装时要注意手不要碰撞到线轴和铜丝。三、引线键合作业指导书4.设备主要界面介绍主要控制键三、引线键合作业指导书4.操作盘说明1.引线键合工艺的基本原理及相应的设备、材料2.现场操作流程引线键合关键知识课程小结引线键合任务八

引线键合工艺实施1.了解引线键合工序的物料准备流程2.掌握键合线安装工艺知识目标任务八

引线键合工艺实施任务要求（1）根据生产安排，领取待键合的引线框架物料；（2）根据产品信息，领取键合线、引线框架盒等材料。（3）将键合线安装到键合机上，并进行穿线；（4）根据作业产品，在键合机界面调取键合程序；（5）在键合机上料、下料区装料；（6）运行键合机，生产一条引线框架，到键合质检区检查质量；（7）完成批量生产；（8）收料后，物流回库与物料交接。1.物料领取（1）导入键合作业参数一、键合物料与设备准备1.物料领取（2）识读作业的产品信息（1）导入键合作业参数一、键合物料与设备准备1.物料领取领取待键合框架（1）查看生产安排。（2）领取待键合框架。一、键合物料与设备准备1.物料领取（1）查看生产安排。（2）领取待键合框架。（3）核对物料核对物料一、键合物料与设备准备1.物料领取（1）查看生产安排（2）领取待键合框架（3）核对物料（4）出库物流信息将作业框架运送至键合区（5）放至工位一、键合物料与设备准备2．辅料领取前往辅料区（1）到辅料区一、键合物料与设备准备2．辅料领取领取辅料（1）到辅料区（2）领取辅料（3）放至工位一、键合物料与设备准备3．键合机穿线（1）取出键合线（2）放置键合线一、键合物料与设备准备3．键合机穿线（1）取出键合线（2）放置键合线一、键合物料与设备准备3．键合机穿线（1）取出键合线（2）放置键合线（3）键合线接地一、键合物料与设备准备3．键合机穿线（1）取出键合线（2）放置键合线（3）键合线接地（4）穿线一、键合物料与设备准备3．键合机穿线（1）取出键合线（2）放置键合线（3）键合线接地（4）穿线一、键合物料与设备准备3．键合机穿线（1）取出键合线（2）放置键合线（3）键合线接地（4）穿线（5）切断尾丝一、键合物料与设备准备3．键合机穿线（1）取出键合线（2）放置键合线（3）键合线接地（4）穿线（5）切断尾丝（6）闭合线夹一、键合物料与设备准备4．键合机准备（1）调取程序①打开程序加载窗口一、键合物料与设备准备4．键合机准备（1）调取程序①打开程序加载窗口一、键合物料与设备准备4．键合机准备（1）调取程序①打开程序加载窗口一、键合物料与设备准备4．键合机准备（1）调取程序①打开程序加载窗口一、键合物料与设备准备4．键合机准备（1）调取程序①打开程序加载窗口②加载程序一、键合物料与设备准备4．键合机准备（1）调取程序①打开程序加载窗口②加载程序③确认程序一、键合物料与设备准备4．键合机准备（1）调取程序①打开程序加载窗口②加载程序③确认程序一、键合物料与设备准备4．键合机准备（1）调取程序（2）装料①放置待键合框架一、键合物料与设备准备4．键合机准备（1）调取程序（2）装料①放置待键合框架②放置收料盒一、键合物料与设备准备4．键合机准备（1）调取程序（2）装料①放置待键合框架②放置收料盒③抓取上料盒一、键合物料与设备准备4．键合机准备（1）调取程序（2）装料①放置待键合框架②放置收料盒③抓取上料盒一、键合物料与设备准备4．键合机准备（1）调取程序（2）装料①放置待键合框架②放置收料盒③抓取上料盒一、键合物料与设备准备4．键合机准备（1）调取程序（2）装料①放置待键合框架②放置收料盒③抓取上料盒④进料一、键合物料与设备准备4．键合机准备（1）调取程序（2）装料①放置待键合框架②放置收料盒③抓取上料盒④进料一、键合物料与设备准备（1）运行键合机引线键合生产二、引线键合生产运行烧球：金线熔成液态，由于表面张力的作用而形成球状。植球：劈刀下降到芯片焊点表面,球和焊盘金属形成第一焊点。拉线、走线：劈刀提起，牵引金线沿着预定的轨迹移动，形成弧形金属线。压焊、断尾：劈刀在引线框架上形成第二焊点,将尾部切断，形成鱼尾。劈刀上提，完成一次键合动作。引线键合生产二、引线键合生产运行（1）运行键合机（2）暂停键合机引线键合生产二、引线键合生产运行（1）运行键合机（2）暂停键合机（3）取出首条框架引线键合生产二、引线键合生产运行（1）运行键合机（2）暂停键合机（3）取出首条框架（4）检查键合外观引线键合生产二、引线键合生产运行（1）运行键合机（2）暂停键合机（3）取出首条框架（4）检查键合外观（5）检查键合强度引线键合生产二、引线键合生产运行（1）运行键合机（2）暂停键合机（3）取出首条框架（4）检查键合外观（5）检查键合强度（6）记录首检结果引线键合生产二、引线键合生产运行（1）运行键合机（2）暂停键合机（3）取出首条框架（4）检查键合外观（5）检查键合强度（6）记录首检结果（7）放回引线框架（8）继续生产（9）补料①查看报警提示②收取物料③补充收料盒引线键合生产二、引线键合生产运行（1）运行键合机（2）暂停键合机（3）取出首条框架（4）检查键合外观（5）检查键合强度（6）记录首检结果（7）放回引线框架（8）继续生产（9）补料①查看报警提示②收取物料③补充收料盒引线键合生产二、引线键合生产运行（1）运行键合机（2）暂停键合机（3）取出首条框架（4）检查键合外观（5）检查键合强度（6）记录首检结果（7）放回引线框架（8）继续生产（9）补料（10）确认结束引线键合生产二、引线键合生产运行（1）记录数据（2）入库三、引线键合作业结批（1）记录数据（2）入库（3）存放三、引线键合作业结批1.引线键合工序的物料与设备准备流程2.键合生产运行3.引线键合作业结批课程小结任务八

引线键合工艺实施引线键合任务九

引线键合质量检查及异常处理1.了解引线键合中的常见故障现象2.了解引线键合中常见故障的分析和处理知识目标任务九

引线键合质量检查及异常处理任务要求（1）判断键合过程中