• 1.摘要
  • 2.基本信息
  • 3.打线接合
  • 4.瓷嘴
  • 4.1.楔型接合
  • 4.2.球型接合
  • 5.接合技术
  • 5.1.热压接合
  • 5.2.超音波接合
  • 5.3.热音波接合
  • 6.接合材料
  • 6.1.
  • 6.2.
  • 6.3.

打线接合

打线接合(英语:Wire bonding)是一种集成电路封装产业中的制程之一,利用线径15-50微米的金属线材将芯片(chip)及导线架(lead frame)连接起来的技术,使微小的芯片得以与外面的电路做沟通,而不需要增加太多的面积。其他类似的接合技术如覆晶接合(Flip-chip)或卷带式自动接合(Tape-Automated Bonding, TAB)都已经越趋成熟,虽然覆晶接合逐渐在吞食打线接合的市场,但仍以打线接合为最常见的接合技术

基本信息

  • 中文名

    打线接合

  • 外文名

    Wire bonding

  • 属性

    集成电路封装产业中的制程之一

  • 解释

    最常见的接合技术

打线接合

无论是何种打线接合的方法,都具有两个焊接点,分别是位于芯片端的第一焊(First bond)及导线架端的第二焊(Second bond)。瓷嘴(capillary)是一种装在打线机上的装置,可让线材穿过其中,类似缝纫机中的针,线材穿过位在打线机台上的瓷嘴,穿出瓷嘴的线材在芯片端经过下压完成第一焊点后,线材就会与芯片上的基板连结,机器手臂上升将线引出瓷嘴,再将线材移往第二焊点,也就是导线架上的基板,一边下压一边截断线材,完成一个循环,紧接着再继续下一打线接合的循环。 为了增加接合强度,在第二焊接点处,再压上一颗球,称之为BBOS(Bond Ball on Stitch);或先压上一颗球,再把第二焊接合在球上,称为BSOB(Bond Stitch on Ball)。

瓷嘴

依照不同形状的瓷嘴形状,可将接合方式分为两种,分别为楔型接合(wedge bonding)及球型接合(ball bonding),两者拥有截然不同的第一焊点及第二焊点,因此具有不同的空间特性。

楔型接合

楔型接合是将突出于瓷嘴的线材直接下压至基板上,由于第一焊的限制,第二焊点的位置被限制在沿着第一焊接脚的方向上,无法如球型接合一样自由,也因为如此,楔型接合的高度通常较球型接合来得小,外观如抛物线一样,焊点宽度约为1.5倍的线径。

球型接合

球型接合则是先经过一个放电制程,称为放电结球(Electronic flame off, EFO),利用高压电放电,将凸出瓷嘴的线熔化,因为表面张力的关系,金属液体会凝固成一个球状物,此时再下压至基板上,接着引线向上,经过一个设定好的路径,绕至第二焊点,直接下压将线压断形成第二焊点,此鱼尾形状的第二焊点类似于楔型接合的焊点,常被误认为楔型接合。 由于第一焊点的线材与基板呈现垂直的角度,因此第二焊点可自由选择位置,不会受到第一焊位置的限制。此制程含有放电结球的步骤,因此称之为球型接合,其焊点较楔型接合来得大,约2.5-5.0倍的线径。 有时候为了降低球型接合的高度,会将一二焊位置交换,将二焊点接合在芯片上,使线材高度下降,业界称为反打。

接合技术

打线接合发展已经很久,依照接合力的来源可分为三种,分别为热压接合(Thermocompression bonding)、超音波接合(Ultrasonic bonding)及热音波接合(Thermosonic bonding)。

热压接合

贝尔实验室在1957年发展一种物理连接技术,运用加热及加压,配合适合的下压时间,将金属线材连接至单晶线表面,利用此种方法,将金锗两金属接合的温度只需要250℃,较金锗共晶温度356℃来得低,因此在早期的打线接合是广泛应用的技术。

超音波接合

由于部分基板不适合加热,因此1966年发展出另一项技术,在接合的同时导入一超音波,除了接合之外还可协助清洁基板表面,此种方法可在室温下操作,由于不须加热即可达到与热压接合相同的效果,因此逐渐取代热压接合成为主流。

热音波接合

结合两者的优缺点,同时导入热及超音波来接合,称为热音波接合。热音波接合的温度约控制在100-150℃,下压力也远低于超音波接合,可避免下压力过大伤害基板,亦可避免温度过高形成金属间化合物。

接合材料

接合的基板通常是铝薄膜,早期常用铝线作为接合材料,铝线虽便宜但易氧化,导电性也不是最好的,在封装产业的可靠度要求越来越高的同时,使用不易氧化的贵金属逐渐成为趋势。金线具有良好的导电性及不易氧化的特性,加上其良好的延展性,在微米级线材制作上不易断裂,逐渐取代铝线成为主流。但金线的价格高昂,在低成本及金价飙涨的同时,主流地位逐渐被取代。 金线是以高纯度为主,但还是会添加极为微量的元素增加线材强度,一般来说都还可以维持在4N以上的纯度。