細(xì)間距小尺寸焊盤(pán)的金絲鍵合工藝概述

金絲鍵合的目的是實(shí)現(xiàn)芯片的輸入/輸出端與外界電路或元器件的互聯(lián)，球焊鍵合采用熱壓和超聲方式，將提前燒制的空氣自由球焊接到芯片焊盤(pán)或基板焊盤(pán)上，再通過(guò)劈刀的空間運(yùn)動(dòng)形成穩(wěn)定形狀的線弧，最后將金絲焊接到二焊點(diǎn)，完成一根金絲的鍵合過(guò)程。球焊鍵合的工藝過(guò)程如圖3所示。

通常情況下，球焊鍵合的工藝過(guò)程可以分為四個(gè)步驟：

1）劈刀下方的打火桿產(chǎn)生瞬時(shí)電壓，通過(guò)尖端放電將金絲的線尾部分燒成規(guī)則的空氣自由球（Free Air Ball，F(xiàn)AB）。

2）劈刀下移接觸到一焊點(diǎn)焊盤(pán)，同時(shí)給劈刀施加壓力和超聲能量，在壓力和超聲的作用下，F(xiàn)AB與焊盤(pán)表面金屬層相互摩擦，破壞掉金屬表面的污染及氧化層，形成原子級(jí)別的緊密連接，從而完成一焊點(diǎn)的鍵合。

3）劈刀在鍵合頭的帶動(dòng)下，按照規(guī)劃的軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，在空間中將金絲彎折成一定的角度和形狀，形成線弧，隨后拉伸到第二焊點(diǎn)位置，在超聲和壓力的作用下形成二焊點(diǎn)。

4）形成二焊點(diǎn)后，劈刀在二焊點(diǎn)處進(jìn)行截尾焊，將金絲截?cái)?。隨后劈刀抬起，線夾閉合，準(zhǔn)備第二次燒球。此時(shí)，整個(gè)引線線弧和鍵合點(diǎn)全部完成。

以上四個(gè)步驟均可通過(guò)設(shè)備參數(shù)及工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)控，如超聲能量、鍵合壓力等，各參數(shù)相互關(guān)聯(lián)，共同決定了最終的鍵合結(jié)果。

在“打火桿燒球”階段，金絲根部由于受到尖端放電而產(chǎn)生局部高溫，金絲的尖端變?yōu)槿廴跔顟B(tài)，在重力和表面張力的共同作用下，形成空氣自由球。空氣自由球通常為標(biāo)準(zhǔn)的圓球形。而在“鍵合—焊點(diǎn)”階段，空氣自由球由于在劈刀的作用下被壓扁，尺寸會(huì)再次變大，一焊點(diǎn)的尺寸約為金絲直徑的2.5~3.0倍，對(duì)于25 μm金絲而言，焊點(diǎn)尺寸約為70~80 μm，為保證鍵合的可靠性和穩(wěn)定性，焊盤(pán)尺寸的設(shè)計(jì)通常大于100 μm。而隨著芯片功能及運(yùn)算能力的集成，焊盤(pán)的設(shè)計(jì)尺寸逐漸減小，本文涉及的芯片焊盤(pán)的尺寸僅為55 μm，而相鄰焊盤(pán)的間距僅為15 μm，如圖2所示。當(dāng)芯片焊盤(pán)尺寸和焊盤(pán)間距減小時(shí)，金絲球焊鍵合可能會(huì)產(chǎn)生以下鍵合缺陷：

1）由于芯片焊盤(pán)尺寸只有55 μm，若采用25 μm金絲，則要求FAB尺寸不能超過(guò)55 μm，否則焊點(diǎn)會(huì)超出芯片焊盤(pán)，造成短路。

FAB尺寸是由打火電流、打火電壓、打火時(shí)間等工藝參數(shù)決定的，當(dāng)打火參數(shù)過(guò)小時(shí)，金絲獲得的熱量偏低，融化量較少，液態(tài)球的重力作用不明顯，形成的金球多呈偏置狀態(tài)，導(dǎo)致焊點(diǎn)位置偏移，增加了短路風(fēng)險(xiǎn)。由于燒球參數(shù)過(guò)小導(dǎo)致的偏頭球，如圖4所示。

2）劈刀本身具有一定的寬度，普通劈刀底部寬度 T =120 μm，假設(shè)焊球高度為0，焊盤(pán)尺寸為 X =55 μm，則相鄰焊盤(pán)應(yīng)設(shè)計(jì)最小間距為( T -X )/2=32.5 μm，以保證劈刀不會(huì)壓到相鄰焊盤(pán)上的焊點(diǎn)。然而對(duì)于本文涉及芯片，相鄰焊盤(pán)的距離為15 μm，過(guò)小的焊盤(pán)間距會(huì)導(dǎo)致鍵合過(guò)程中劈刀壓到已經(jīng)鍵合的金絲，從而使金絲受損（如圖5所示）。

本文針對(duì)細(xì)間距小尺寸焊盤(pán)金絲鍵合，通過(guò)優(yōu)化關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)和工藝參數(shù)，完成了對(duì)細(xì)間距小尺寸焊盤(pán)金絲鍵合的高精度、高可靠性自動(dòng)球焊鍵合試驗(yàn)。試驗(yàn)采用自動(dòng)球焊鍵合機(jī)，試驗(yàn)金絲純度高于99.99%。

芯片焊后焊盤(pán)清洗

芯片焊后焊盤(pán)清洗：合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長(zhǎng)期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類(lèi)。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長(zhǎng)枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤(rùn)濕劑、樹(shù)脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來(lái)而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹(shù)脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開(kāi)路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

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