超声参数对引线键合性能的影响

超声参数对引线键合性能的影响

摘 要：介绍了超声引线键合技术的基本技术路线和基本原理，分析了超声波的功率、频率、振动轨迹及压力等参数对超声引线键合性能的影响。相比其它影响参数，采用高频或频复杂振动系统最有利于提高键合性能。

关键词：超声，引线键合，超声焊接

The influence of ultrasonic parameters in wire bonding performance

Zhou Guangping1 Liang Zhaofeng1 Zhang Yang2 Lu Yigang2

(1. Shenzhen Polytechnic; 2. College of Physics and Technology, South China University of Technology)

ABSTRACT: In this paper, the basic technical rout and the principle of the ultrasonic wire bonding technology were introduced. The parameters, such as ultrasonic power,

frequency, the vibration locus, force, etc, which influence the performance of ultrasonic wire bonding, were analyzed. Compared with other influence parameters, the using of high-frequency system or high-frequency complex system is most in favor of increasing bonding performance.

KETWORDS: ultrasonic; wire bonding; ultrasonic welding

引言

在超大规模集成电路中，引线键合是封装工艺中半导体芯片和外界连接的关键性工艺，也是最通用最简单而有效的一种连接方式[1-2]。当今，引线键合仍然是第一级连接的主要形式

[3]。引线键合(WB)技术是用金属丝将集成电路(IC)芯片上的电极引线与集成电路底座外引线连接在一起的工艺过程，通常采用热压、热超声和超声方法进行，现在常用的键合方法主要是热超声和超声方法，热超声键合已逐步取代了热压键合[4]。

引线键合机的工艺技术涉及光、机、电及软件的设计控制等许多方面[5]。因国外的技术限制，我们国家在这种设备上主要依赖于进口，特别是全自动键合机。在超声焊接系统与工艺方面，主要研究外部条件，如超声波的功率、频率、振动轨迹、振幅、焊接压力的大小、键合时的温度等工艺参数，对键合性能的影响。对于超声工作者，主要研究超声振动系统对于键合性能的影响。本文主要探讨键合机中超声参数对键合性能的影响。

1 超声引线键合技术

一般的引线键合机的超声系统由电信号发生器、换能器（包括压电换能器和聚能器）以及键合工具组成，如图1所示。

电信号发生器是向超声换能器提供超声频电能的一种装置，换能器由压电换能器和聚能器（又称变幅杆）两部分组成，压电换能器将电能转变为机械能，聚能器在传递压电换能器所转换成的振动能量的同时，实现放大输出振幅的功能，键合工具的作用是通过与引线的接触传递超声能，并在静态压力、温度的配合下实现引线与焊盘的键合。

超声键合方法是利用超声波的能量，使金属丝与电极在常温下直接键合，其键合工具头呈楔形，故又称楔键合（楔压焊）。热超声键合方法是先用高压电火花使金属丝端部形成球形，然后在IC芯片上球焊，再在管壳基板上楔焊，故又称为球键合。目前大约有93%的半导体封装采用球键合工艺，5%采用楔键合工艺，其中最为广泛采用的是热超声Ａu丝球键合，主要原因是其键合速度快于超声波Ａl丝楔键合[4,6]。