引线键合和芯片键合(芯片的引线键合技术及种类)

导语：集成电路封装互连——引线键合介绍丨半导体制造

在集成电路封装互连中，芯片和引线框架（基板）的连接为电源和信号的分配提供了电路连接。有3种方式实现内部连接，分别是引线键合、载带自动焊和倒装焊。

1.引线键合概述

引线键合是封装过程中一道关键的工艺，键合的质量好坏直接关系到整个封装器件的性能和可靠性，半导体器件的失效约有1/4～1/3是由芯片互连引起的，故芯片互连对器件长期使用的可靠性影响很大。引线键合技术也直接影响到封装的总厚度。

引线键合的过程是：芯片先固定于金属导线架上，再以引线键合工艺将细金属线依序与芯片及导线架完成接合。引线键合工艺中所用的导电丝主要有金丝、铜丝和铝丝。引线键合焊的原理是采用加热、加压和超声等方式破坏被焊表面的氧化层和污染，产生塑性变形，使得引线与被焊面亲密接触，达到原子间的引力范围并导致界面间原子扩散而形成焊合点。常用的引线键合方式有3种，分别是热压键合、超声键合和热声键合。

（1）热压键合焊。热压键合焊是利用加压和加热的方法，使得金属丝与焊区接触面的原子间达到原子间的引力范围，从而达到键合的目的，常用于金丝的键合。

（2）超声键合焊。超声键合焊是利用超声波（60～120kHz）发生器使劈刀发生水平弹性振动，同时施加向下的压力，使得劈刀在这两种力的作用下带动引线在焊区金属表面迅速摩擦，引线受能量作用发生塑性变形，与键合区紧密接触而完成焊接，常用于铝丝的键合。

（3）热声键合焊。热声键合焊主要用于金丝和铜丝的键合。它也采用超声波能量，但是与超声键合焊不同的是键合时要提供外加热源，键合丝线不需要磨蚀掉表面氧化层。外加热量的目的是激活材料的能级，促进两种金属的有效连接以及金属间化合物的扩散和生长。

2.引线键合工艺

引线键合工艺有球形键合与楔形键合两种工艺。

（1）球形键合工艺。球形键合工艺是将键合引线垂直插入毛细管劈刀的工具中，引线在电火花作用下受热熔成液态，由于表面张力的作用而形成球状，在视觉系统和精密控制下，劈刀下降使球接触晶片的键合区，对球加压，使球和焊盘金属形成冶金结合完成焊接过程，然后劈刀提起，沿着预定的轨道移动，称做弧形走线，到达第二个键合点（焊盘）时，利用压力和超声能量形成月牙式焊点，劈刀垂直运动截断金属丝的尾部，这样完成两次焊接和一个弧线循环。

球形键合的工艺过程

（2）楔形键合工艺。楔形键合工艺是将金属丝穿入楔形劈刀背面的一个小孔，丝与晶片键合区平面呈 30°～60°角。当楔形劈刀下降到焊盘键合区时，劈刀将金属丝压在焊区表面，采用超声或热声焊实现第一点的键合焊，随后劈刀抬起并沿着劈刀背面的孔对应的方向按预定的轨道移动，到达第二个键合点（焊盘）时，利用压力和超声能量形成第二个键合焊点，劈刀垂直运动截断金属丝的尾部，这样完成两次焊接和一个弧线循环。

楔形键合的工艺过程

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