微型组装工艺步骤

微组装工艺流程

基板的准备

分为电路软基板(RT/DUroid5880)的准备和陶瓷基板(AL2O3)

的准备。电路软基板规定操作者戴指套，将电路软基板放在洁净的中性滤纸上，

按图纸用手术刀切割电路板边框线和清除工艺线。规定电路软基板的图形符合图

纸规定，表面平整，没有翘曲，外形尺寸比图纸小0.1mm~0.2mm,切面平整。工

艺线的清除切地，切口断面与代线平面垂直，手指不容许不戴指套接触镀金层，

以免导致氧化。陶瓷基板B勺准备，规定用细金刚砂纸打磨陶瓷基板，使边缘整洁,

无毛刺、无短路，然后用纯净水洗净。

基板清洗

基板的清洗，通过超声清洗进行。超声清洗是运用超声波在清洗液中的辐射，

使液体震动产生数万计的微小气泡，这些气泡在超声波的纵向传播形成的负压区

产生、生长，而在正压区闭合，在这种空化效应B勺过程中,微小气泡闭合时可以

产生超过1000个大气压的瞬间高压，持续不停的瞬间高压冲击物体表面，使物体

表面和微小缝隙中的污垢迅速剥落。因此，超声波清洗对物体表面具有一定损伤性，

通过多次试验（此试验未记录试验数据），确定合理B勺超声功率、去离子水用量以及

清洗液的高度和清洗时间。详细清洗流程及参数设置如下：打开超声清洗机，功率调

至100瓦，加入去离子水，液面高度为60mm~801m之间。将电路软基板或陶瓷基板

放入瓷盒中，倒入HT1清洗液，液面略高基板上表面3mm~5mm,然后将整个瓷盒放

入超声清洗机的支架上（水面低于清洗液2mm〜3mm）,清洗时间为Xmin~Xmino

将95%乙醇倒入瓷盒,液面略高于基板上表面3mm~5nlm,然后将整个瓷盒放入超声

清洗机的支架上（水面低于清洗液2nlm~3mll1）,清洗时间为Xmin~Xmin。将清洗

完毕的基板放入XT±3OC的烘箱中烘0.5h后，放入氮气保护柜。通过上述多次试验

后确定的清洗工序，清洗完毕后的基板表面无油污、杂质等残留物。

腔体的准备和清洗

腔体的准备重要是用手术刀打净毛刺，再用洗耳球打磨毛刺形成的杂质。腔体H勺

清洗使用超声波清洗机，详细清洗流程及参数设置如下：打开超声清洗机，功率调至

100瓦，倒入HT1清洗液，液面高度为60mm~80mm之间，将腔体放入超声清洗机清

洗液中，液面略高腔体上表面3mm~5mm,且液面高度不得超过80加，清洗时间为

Xmin~Xmino将95%乙醇倒入超声波清洗机中，液面高度为60mm~80mm之间।将

腔体放入超声清洗机清洗液中，液面略高腔体上表面3mm~5mm,且液面高度不得超

过80nlm,清洗时间为Xmin~Xmin。将清洗完毕的基板放入乂(±3℃的烘箱中烘

0.5h后，放入氮气保护柜。通过上述多次试验后确定的清洗工序,清洗完毕后的腔体

表面无油污、杂质等残留物。

焊料/导电胶的准备

焊料，重要使用锡铅合金锡箔焊料(Pb37Sn63),用镜子将焊料展平，接着用铅

笔将压块形状画上，然后用剪刀沿画痕剪成压块形状.规定锡铅合金锡箔焊料必须平

展，不能有褶皱，压块大小和焊料一致，不容许未戴指套直接触摸焊料。焊料的清洗

使用超声波清洗机，详细清洗流程及参数设置如下：打开超声清洗机，功率调至100

瓦，加入去离子水，液面高度为60mm〜80mm之间。将锡铅合金锡箔焊料放入瓷盒中，

将95%乙醇清洗液放入瓷盒，液面略高焊料上表面3mm~5mm,然后将整个瓷盒放入

超声清洗机的支架上（水面低于清洗液2mm〜3nlm）,清洗时间为Xmin~Xmin。将

清洗完毕的焊料放入X±3℃时烘箱中烘4min~lOmin后,放入氮气保护柜。导电胶,

重要使用H20E导电银胶，导电胶不用时应放入0℃~5℃时冰箱内保留。使用时从冰

箱取出后，在室温下放置15min,恢复至室温后，用铝针拌15min使各成分混合均匀,

挑出少许搅拌好的导电胶放入小均堪中，再搅拌15~20min以去气（若没有合适去气,

空气会陷入固化的粘接剂中，在粘接层中产生空洞，这些空洞会减少电导率和热导率

甚至减少粘接强度）。

装夹

装夹的过程是将焊料/导电胶放入腔体内，并装好基片，用专用夹具固定。此步工

序重要需要注意焊料/导电胶必须涂覆均匀、平整、不能有折叠角或褶皱。此外导电胶

在涂覆时，厚度不能超过0.05mm。

焊料烧结/导电胶固化

用锡铅合金锡箔焊料装夹好的产品放入已到达设定温度的烧结炉上进行烘烤,温

度根据焊料的融化温度设定，时间以温度减少又重新升至设定温度保持lmin〜5min

后结束。锡铅合金锡箔焊料温度为183℃,烘烤温度约200乙~220。配用导电胶装

夹好的产品放入已到达设定温度的烧结炉上进行烘烤，固化时间和温度以导电胶厂家

提供数据为根据，H20E导电胶温度为12CTC,时间X小时。

清理、检查

在显微镜下用手术到清理多出的焊料/导电胶。如焊料/导电胶有多出溢出导致短

路而又无法清理时,需报废。清理完毕的产品按腔体的清洗工艺进行清洗并烘干。检

查的原则按照工艺规定进行,不合格的报废。

芯片粘接工艺

芯片的焊接是指半导体芯片与载体（封装壳体或基片）形成牢固的、传导性或绝

缘性连接的措施。焊接层除了为器件提供机械连接和电连接外，还须为器件提供良好

时散热通道。芯片粘接工艺是通过环氧树脂导电胶粘液来形成焊接层。

芯片粘接工艺是采用环氧树脂导电胶（掺杂金或银的环氧树脂）在芯片和载

体之间形成互连和形成电和热的良导体。环氧树脂是稳定的线性聚合物，在加入

固化剂后，环氧基打开形成羟基并交链，从而由线性聚合物交链成网状构造而固

化成热固性塑料。其过程由液体或粘稠液一凝胶化—固体。固化的条件重要

由固化剂种类的选择来决定。而其中掺杂的金属含量决定了其导电、导热性能的

好坏。

芯片共晶工艺

芯片的焊接是指半导体芯片与载体（封装壳体或基片）形成牢固的、传导性或绝

缘性连接的措施。焊接层除了为器件提供机械连接和电连接外，还需为器件提供良好

时散热通道。芯工共晶工艺是通过金属合金焊料来形成焊接层。共晶是指在相对较低

的温度下共晶焊料发生共晶物熔合的现象，共晶合金直接从固态变到液态，而不通过

塑性阶段。其熔化温度称共晶温度。

芯片共晶重要指金硅、金褚、金锡等共晶焊接。金的熔点为1063℃,硅的熔点

为1414℃,但金硅合金的熔点沅低于单质的］金和硅。从二元系相图中可以看到，具有

31%的硅原子和69%的）金原子的Au-Si共熔体共晶点温度为370℃e这个共晶点是选

择合适的焊接温度和对炬接深度进行控制的重要根据.金硅共晶焊接法就是芯片在一

定的压力下（附以摩擦或超声），当温度高于共晶温度时,金硅合金融化成液态的

Au-Si共熔体。冷却后，当温度低于共晶温度时，共熔体由液相变为以晶粒形式互相结

合的机械混合物一金硅共熔晶体而所有凝固，从而形成了牢固的欧姆接触焊接面。

金属合金焊接还包括嗽焊料"焊接（如95Pb/5Sn,92.5Pb/5In/2.5Ag）,由于其机

械强度相对较小,在半导体器件芯片焊接中不太常用.

影响芯片共晶的关键原因

共晶焊料的特性

a）比纯组元熔点低，简化了熔化工艺。

b）共晶合金比纯金属有更好的流动性，在凝固中可防止阻碍液体流动的枝晶形成，

从而改善了铸造性能。

c）恒温转变（无凝固温度范围）减少了铸造缺陷，妇偏聚和缩孔。

d）共晶凝固可获得多种形态的显微组织,尤其是规则排列的层状或杆状共晶组织,

可成为优秀性能日勺原位复合材料。

共晶焊料的选用

焊料是共晶焊接非常关键的原因。有多种合金可以作为焊料，如AuGe、AuSn、

AuSi、Snln、SnAg、SnBi等，多种焊料因其各目的特性适于不一样的应用场所。如：

含银的焊料AgSn,易于与镀层含银的端面接合，含金、含锢的合金焊料易于与镀层

含金的端面接合。根据被焊件的热容量大小，一般共晶炉设定日勺焊接温度要高于焊料

合金的共晶温度30~50℃o芯片能耐受的温度与焊料日勺共晶温度也是进行共晶时应当

关注的问题。假如焊料B勺共晶温度过高，就会影响芯片材料B勺物理化学性质，使芯片

失效。因此焊料H勺选用要考虑镀层的成分与被焊件B勺耐受温度。此外，如焊料寄存时

间过长，会使其表面的氧化层过厚，因焊接过程中没有人工干预，氧化层是很难清除

B勺，焊料熔化后留下的氧化膜会在焊后形成空洞。在焊接过程中向炉腔内充入少许氢

气，可以起到还原部分氧化物的作用，但最佳是使用新焊料，使氧化程度降到最低。

温度控制工艺曲线参数确实立

共晶时的热损耗，热应力，湿度，颗粒以及冲击或振动是影响焊接效果关键原因。

热损伤会影响薄膜器件的性能。湿度过高也许引起粘连,磨损，附着现象。无效的热

部件会影响热的传导。共晶时最常见的问题是基座的温度低于共晶温度。在这种状况

下，焊料仍能熔化，但没自足够的温度来扩散芯片背面的镀金层，而操作者轻易误认

为焊料熔化就是共晶了。另首先，用过长的时间来加热基座会导致电路金属的损坏,

可见共晶时温度和时间的控制是十分重要的。由于以上原因,温度曲线的设置是共晶

好坏的重要原因。由于共晶时需要的温度较高，尤其是用AuGe焊木斗共晶，对基板及

薄膜电路的耐高温特性提出了规定。规定电路能承受400乙的高温，在该温度下，电

阻及导电性能不能有变化。因此共晶的一种关键原因是温度，它不是单纯的抵达某个

定值温度，而是要通过一种温度曲线变化的过程，在温度变化中，还要具有处理任1可

随机事件的能力，如抽真空、充气、排气等事件。这些都是共晶炉设备具有的功能。

多芯片共晶的温度控制与单芯片共晶不一样。多芯片共晶时会出现芯片材料不一样，

共晶焊料不一样，因此共晶温度不一样的状况。这时需要采用阶梯共晶的措施。一般

先对温度高的共晶焊料共晶，再共晶温度低的。共晶炉控制系统可以设定多条温度曲

线，每条温度曲线可以设定9段，通过链接的方式可扩展到81段，在温度曲线运行

过程中可增长充气、抽真空、排气等工艺环节。

芯片载体的选择

芯片载体的导电性能，导热性能以及CTE,是选用的参照原则。此外载体镀层厚度

同样直接影响共晶焊接B勺强度，镀层太薄会导致焊料不能充足浸润，而导致形成空洞、

焊接不牢，甚至掉片。镀层太厚成本太高。

载体粗糙度及清洗

载体表面不一样日勺粗糙度对共晶效果有一定影响。载体镀金层表面的洁净度对焊接

B勺质量影响也大，表面H勺无机物、有机污物，氧化物等都会导致共晶焊层的空洞，从

而影响共晶质量。

工艺参数的设定

共晶参数除了温度控制工艺曲线以外，在不使用共晶炉，而采用共晶贴片机时，还

需对温度、时间、气氛、摩擦速度、摩擦行程、摩擦时间、不一样芯片大小、焊料大

小、共晶台温度设置等参数通过多次试验来确定合适范围。

空洞率的控制

空洞的多少直接关系到芯片的散热、可靠性的高下，是共晶工艺首要需要处理8勺问

题。它和焊料、温度、环境洁净度、材质、时间等多种原因均有关。只有通过试验，

优化工艺参数来控制空洞率。

金丝键合工艺

金丝键合指使用金属丝（金线等），运用热压或超声能源，完毕微电子器件中固

电路内部互连接线的连接，即芯片与电路或引线框架之间的连接。金丝键合按照键合

方式和焊点的不一样分为球键合和楔键合。

金丝球键合过程

金线通过空心夹具B勺毛细管穿出，然后通过电弧放电使伸出部分熔化，并在表面

张力作用下成球形，然后通过夹具将球压焊到芯片的电极上，压下后作为第一种焊点，

为球焊点，然后从第一种焊点抽出弯曲的金线再压焊到对应的位置上，形成第二个焊

点，为平焊（楔形）焊点，然后又形成另一种新球用作于下一种的第一种球焊点。

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金丝楔键合过程

金丝楔键合是将两个楔形焊点压下形成连接，在这种工艺中没有球形成。楔焊过程

图见图4-5,楔焊焊点实拍图见图4-6。

阳47金找事■介HW图

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金丝球键合和金丝楔键合的区别

a）金丝球键合和金丝楔键合的键合方式不一样

从两种键合方式的示意图可知，球焊的第一点为球形焊点，第二点为楔形焊点，键

合过程没有方向日勺限制。球键合示意图和焊点示意图见图4-7.4-8o

出M比至

图1-8金丝球键合焊点，J：意图

楔焊的两个焊点均为楔形焊点，键合过程只能前后方向键合。楔键合示意图和焊

点小意图见图4-9、4-10。

图卜9金统楔键合示意图

图1-10金丝楔键介焊点示意图

b）金丝球键合和金丝楔键合所用劈刀不一样

球焊选用毛细管头（陶瓷或铸制成）。焊点是在热（一般为100℃~500℃）、

超声波、压力以及时间B勺综合作用下形成的.毛细管头工作示意图和管头选择示意图

见图4-11,4-12。

图MI匚细管头1.作示意图

图4-12毛细管头尺寸选择示意图

楔焊选用楔形头（陶瓷或钛碳合金制成）。焊点是在超声波能、压力以及时间等参数

综合作用下形成的。一般在室温下进行。楔形头工作示意图和楔形头选择示意图见图

4-13,4-14。

RH-13楔形头作示■

图1-M楔形头尺寸选择示意图

c）金丝球键合和金丝楔键合应用范围不一样楔键合容许时焊盘的间距为50Pm,球键

合容许的焊盘时间距不小于100pm。一般来说，球键合的第一种焊点要比第二个位置

要高，受操作空间影响较小，返修较困难，而楔键合返修简朴，但受制于操作空间。

金丝键合工艺原理

键合设备的磁致伸缩换能器在超高频63.5KHZ/115KHZ正弦波磁场的感应下，迅

速伸缩而产生弹性振动，经变幅杆传给劈刀，劈刀在对金丝施加一定压力的状况下，

带动金丝在被焊接B勺金表面上迅速摩擦，使金丝和金表面产生塑性形变和破坏金层界

面的氧化薄膜（高熔点，不导电。在450℃,增大压力，也不能得到很好的冶金焊

接），使得两个纯净的金属面紧密接触，形成牢固B勺冶金焊接。表面温度和引线变形

B勺分析表明这个过程可提成三个阶段：

a）清洗过程

超声功率重要是用来产生热量和清洗表面和摩擦清除表面氧化层和污染层，只有

很少一部分用来产生变形。在这个过程中，键合劈刀压着引线在键合表面。

b）混合过程

超声功率用来挤压金丝和接触表面并引起键合表面温度明显上升。发生局部焊

接和引线焊接到焊盘上。劈刀磨擦基本上固定了引线，焊丝的温度深入上升。

c）扩散过程

没有明显的变形和温度上升。键合劈刀磨擦在引线表面产生的热量使得焊

点表面温度上升，深入松弛了焊接B勺区域。这个回火的过程通过校正扩散接触

面，稳定键合点，使它不会太脆

影响金丝键合质量的关键原因

选择适应的键合方式和劈刀

楔键合容许的焊盘B勺间距为50Pm,球键合容许的焊盘时间距不小于100pm,楔

键合只能进行前后方向B勺键合，但更合用于深腔键合.在选择劈刀上，应根据腔体内

的形状，芯片键合的位置等原因来选择适应的劈刀，从而从源头上开始控制键合的质

量。楔键合劈刀和球键合毛细管头的键合配合示意图见图4-15、4-16。

图4-15根形头与腔体配介小意图

金丝的选择和储存

直径=25微米金丝。重量=8.731~10.247(mg/m)。破坏强度＞11-17(g).

直径=18微米金丝。重量=4.127~5.188(mg/m)。破坏强度＞4~8(g)。根据产

品电路对金丝的规定以及金丝的特性综合考虑。金丝在不使用时，必须放入氮气柜保

留，时间不超过六个月。防止因金丝氧化问题而导致键合不良。

焊盘镀金层厚度

基板上焊盘的镀金层厚度大小直接与金线键合的强度有关，镀金层越厚，键合时

可焊性越好，焊点越牢固，不过镀金层越厚成本也越高。由于镀金层厚度和可焊性之

间也不是简朴的线性关系，因此需要通过试验寻找一种最优日勺值，在保证到达键合强

度规定的状况下，镀金层厚度最小。

清洗

镀金层表面的洁净度对键合的质量影响也大。表面B勺无机杂质、有机污物、氧化物等

都会影响金线键合B勺强度和可靠性，需要通过试验研究洁净度和键合强度之间的关系。

工艺参数的设定

键合工艺参数包括键合温度、劈刀压力、超声功率与作用时间等，键合工艺参数互

相匹配，不能单独强调某个方面的作用，根据不一样材料B勺特性和实际状况选择对应

B勺参数形成最佳配合，也就是将这些参数优化组合到最佳。

线弧高度和长度的控制

由于引线是裸露B勺，没有绝缘层保护，若引线接触就会导致短路失效。因此引线的

线弧高度和长度要基本保持一致。需要分析影响弧度高度B勺原因，以保证线的弧度和

高度符合规定。

金丝键合的失效模式、不良现象及处理措施

金丝键合成功的标志都是所有键合点应牢固、无虚焊、无短路、不容许有不符合键

合图规定时、遗漏的、额外的键合丝，引线的高度、弧度基本一致，焊点形状符合规

定，一致性好等等。仕进行金丝键合工艺开发前，必须清晰键合失效、不良现象的原

因以及对应处理措施。

失效模式及处理措施

焊球形成失效

a）焊盘或金属球表面被油、手印、灰尘或前道工序留下的有机物污染。由于在高密

度引线球键合中，金属熔球与焊盘的尺寸很小，因此对键合表面B勺清洁程度非常敏感。

键合表面B勺轻微污染都也许导致两者之间B勺原子不能扩散，导致失效。对于这种状况，

进行等离子清洗处理。

b）由于上一轮键合完毕后，引线尾丝过短或者电火花的放电电流不稳定、放电时间

过短导致形成的金属熔球过小，使其与焊盘之间的金属间化合物不能有效的形成。对

于这种状况，调整尾丝长度，或者加大打球电路和打球时间进行处理。

引线健合的弹坑导致失效

焊盘不清洁或者环境洁净度未到达规定，不仅会导致焊球失效，还会导致弹坑失效。

图1-17弹坑现领忤

如图4-16所