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    引线键合的三种技术

    金鉴实验室朱工
    2025/9/19 11:40:00
    微电子封装是芯片成为功能产品的最后一步。它不仅为芯片提供电气连接、散热通道，还承担物理支撑与保护作用。封装质量直接影响器件性能，其中，互连技术尤为关键。研究表明，25%~30%的半导体失效源于芯片互连问题。

    在各类互连方式中，引线键合因成本低、工艺成熟，仍占据封装市场约70%的份额。引线键合是一种使用细金属线，利用热、压力、超声波能量为使金属引线与基板焊盘紧密焊合，实现芯片与基板间的电气互连和芯片间的信息互通。
    器件封装结构
    金鉴实验室具备专业的测试设备，适用于分立电子器件、半导体器件和微电路封装等元件内部的键合线和芯片粘接力测量，能够对不同焊接方式的效果进行评估，帮助客户选择最佳的焊接工艺，提高焊接质量和生产效率。如需进行专业的检测，可联系金鉴检测顾问189-2421- 3655。

    一、热压键合

    1.原理
    通过加热与加压使金球发生显著塑性变形，表面滑移线破坏氧化膜，洁净金属面接触并扩散，形成焊点。
    2.关键影响因素 
    热压键合对材料有较高要求。例如：

    • Au-Ag、Au-Cu等可形成固溶体的金属组合，扩散性好，焊接性能优良；
    • Au-Si、Al-Si等可形成低熔点共晶，也具备良好的可焊性；
    • 而如Au-Al、Cu-Al等通过扩散形成金属间化合物的组合，虽可焊接但需严格控制工艺。

    3.工艺参数：  

    • 键合时间：时间延长有助于提高变形率和连接强度；
    • 键合力：需精确控制，过大可能损伤芯片，过小则连接不牢；
    • 变形率：在一定范围内，拉断载荷与球的变形率成正比；
    • 洁净度：任何污染都会显著降低焊接强度。

    4.特点
    优势：工艺简单，无方向性，金-金键合稳定。
    劣势：需高温（通常150°C以上），对洁净度极敏感，小焊盘适应性差，成品率偏低。

    二、超声键合

    1.原理
    常温下，超声振动使氧化膜破碎，纯净金属面摩擦生热并扩散，实现连接。
    过程分两段：初始滑移去污染，随后横向塑性变形完成键合。
    2.关键影响因素
    超声功率：决定材料软化程度；  
    键合力：压力越大，越早形成连接，滑动阶段缩短；  
    变形幅度：强度随变形增加而提升，但超过丝材承载极限时断裂；  
    后加热：可进一步促进扩散，提升接头强度。
    3.特点
    优势：可焊异种金属，不影响导电性；周期短、热影响小；无需辅料，能耗低；金属间化合物生长少，可靠性高。  
    劣势：对表面粗糙度敏感；铝屑易粘焊头，难清理；材料厚度受限，可焊金属范围窄；设备功率需求高。

    三、热压超声键合

    1.原理
    结合了热压和超声两种能量的热压超声键合（又称金丝球键合），成为目前最主流的引线键合技术。它同时利用热、压力和超声波能量，在较低温度和压力下实现高质量连接。
    2.典型工艺流程 

    • 穿线：引线穿过劈刀，伸出长度决定后续球尺寸；
    • 形成球：通过EFO（电子火焰熄灭）放电将引线端部熔成球状；
    • 对位：球移动到焊盘上方；
    • 第一焊点：劈刀将球压到焊盘上，施加压力、温度和超声波形成连接；
    • 拱丝成型：劈刀上升并移动到第二焊点位置，形成特定拱形；
    • 第二焊点：在基板或引线框上形成楔形焊接；
    • 断线：夹子闭合，劈刀上升扯断引线，准备下一次键合。

    3.关键影响因素
    超声时间：过长易损焊盘，过短扩散不足；  
    变形量：有效键合面积随变形增大而增加，强度提升。
    4.特点 
    优势：温度与压力低于纯热压，热应力小；可形成复杂拱丝，适应高密度封装；无方向性，工艺窗口宽。  
    劣势：对污染物敏感，易出现缩坑；参数多（温度、压力、超声、时间），调试复杂； 焊盘尺寸略大于超声键合，成品率略低。

    结语

    尽管引线键合技术已成熟应用数十年，它仍在不断发展和优化。随着芯片尺寸缩小和集成度提高，对键合精度、速度和可靠性的要求越来越高。
    新型材料如合金丝、镀钯铜丝等逐渐应用，提高了连接可靠性和抗腐蚀性能。键合设备也越来越精密，许多现代键合机已经具备实时监测、自动校准和机器学习优化能力，能够根据焊点质量动态调整参数。
    金鉴实验室的专业服务不仅限于测试和认证，还包括失效分析、技术咨询和人才培养，为客户提供一站式的解决方案，金鉴将继续秉承着专业的服务态度，不断提升自身的技术水平和服务质量，为芯片行业贡献我们的力量。


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    本文仅代表作者观点，不代表艾瑞立场。本文系作者授权艾瑞专栏发表，未经许可，不得转载。

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