一、封装设计

1.金线的选择

金具有导电性良好，耐腐蚀性高，不易氧化等特性。是目前半导体封装中主要的键合材料。金线的选择主要考以下几点：

1)纯度：99.99%，99.999%等。根据不同的掺杂元素及比例，得到不同的金线型号。

Tananka25um金线的部分类型及特点

4)热影响区HAZ(Heat Affected Zone) ：烧球后的热量对金线内部晶粒的影响区域。由于高温作用，该区相较于金线其他部分，晶粒变大且硬度减小将近20%，该区的长度及晶粒大小会影响线弧的形状和强度。

5)线径：金线直径，根据产品最大允许电流，BPO尺寸，loop长度和高度等因素选择。

2. 芯片pad设计规则

封装一般是用L/F或Subtrate作为支撑。

二、WB工艺

1 工艺

WB工艺采用热压超声键合技术，在一定温度及时间条件下，利用超声功率、压力共同作用于金球及焊接位置上，使接触面两种金属之间发生变形及原子扩散从而形成共金，实现die与package之间的可靠电路连接。

2. 主要参数对键合的影响

1)Temperature：去除键合面上的湿气，油污等，促进原子间扩散。温度过低，无法形成键合;温度过高，焊点形变严重，易损坏电路。

2)US Power :使劈刀震动，摩擦破坏FAB及接触位置的氧化层，促使原子间键合。US Power过大，ball neck处易损伤，严重时破坏铝层;过小，键合强度不够。

3)Bond force：将金线固定于焊接位置，使金线与焊接表面紧密压合，使金线延展变形。Force过大，金球形变严重，易损伤pad ;force过小，压合不够，无法完成键合。

4)Bond time：US power及force的作用时间，时间过短无法完成有效键合;时间过长易引起ball neck处断裂损伤。

3. 劈刀的选型

劈刀是WB中重要的辅助工具，劈刀的好坏决定焊点的外观及可靠性。

劈刀型号需根据产品的实际情况来选择，综合考虑金线线径、PAD尺寸、PAD间距、弧高等因素。一般分为普通劈刀及fine pitch劈刀。

3.1劈刀的剖面图及参数

3.2 影响1st bond 的参数：

1)Hole：固定金线使得金线中心与孔径中心重合。

2)CD 和ICA：配合作用，ICA越小，CD越小，则金球直径越小

>> 劈刀下降过程中将FAB固定在劈刀中心;

>>把超声波的能量及压力传递给金球，在瓷嘴内部搓压金球使键合更加牢固;

>>控制金球尺寸。

3.3 影响2nd bond的参数

1)Tip：Tip越大，2nd bond面积越大，可靠性越好;tip过大易碰到相邻线弧; 反之，tip过小则2nd bond面积过小，键合强度不够易引起NSOL。

2)FA&OR：二者互补关系

FA保证鱼尾有足够的厚度，一般FA=0°,4°,8°,11°。

OR确保鱼尾区域过渡平滑，避免产生裂纹。

3.3 影响loop的参数

1)Hole：hole过小，金线在键合过程中放线不顺畅，导致线弧过紧。

2)ICA：ICA过小，键合过程中易伤线。

3.4 影响线尾及FAB的参数

1)ICA&FA：二者形成的夹角大小决定切割边缘的锋利程度。

一般FA>=8°，则ICA=120°;FA<8°，则ICA=90°

角度过大，易导致线尾没有彻底切断，2nd bond 容易被整个拉起;

角度过小，线尾容易提前从2nd bonding区域脱落，导致频繁无线尾或线尾短无法形成FAB。

4. 打线可靠性标准

一般从以下几方面验证键合参数的设置是否合理，键合强度是否符合可靠性标准：外观、引线抗拉力强度、金球剪切力强度。

4.1 外观

1). 1st bond

a. 金球外观正常，不超出pad

b. 金球neck处无裂纹，无损伤

c. 金球厚度约为金球直径的20%

d. IMC大于金球直径的75%(NPI)

e. Pad无弹坑，底部完整 无损伤(NPI)

2). 2nd bond

a. 鱼尾完整并完全在键合区域内;

b. 鱼尾过渡平滑无裂纹，无peeling。

3). Loop

a. 线弧正常无扭曲无坍塌，表面光滑无损伤;

b. 线弧间距大于2倍线径。

4.2 引线抗拉力强度测试

对线弧进行抗拉力测试，检验键合的强度及线弧参数设置是否符合要求。

常见的金线抗拉力强度标准如下表1所示，其他线径的标准参考下图1.

4.3 金球剪切力测试

对金球进行剪切力测试，检验键合强度是否符合标准。

常见的金球剪切力标准可参考下表2，其他大小的金球可参考图2曲线

5.线弧设计

根据设计要求，die表面到封装表面的距离、线弧长度来选择线弧模式，从而得到不同的线弧。

根据线弧高度可分为：正常线弧60

也可按线弧长度分可分为长线弧L>1mm和短线弧L<1mm。

6.常见不良及原因分析

常见的键合不良主要有：1st bond 不良、2nd bond 不良及Loop不良。

6.11stbond 不良

6.22ndbond 不良

6.3 loop 不良

7 如何提升打线效率

1.人员

1)WB工艺原理

2)WB设备各机构部件

3)相关材料(金线，劈刀)

4)WB关键参数

5)常见异常的主要原因及解决措施

2.设备

1)WB设备各机构部件可正常工作

2)WB关键部件需定时保养

3.物料

1)劈刀选型

2)金线选择

4.方法

1)定义关键参数范围

2)前制程对WB的影响

5.环境

打线环境符合国家标准

作者/来源：秦岭农民

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