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微组装技术中金丝键合工艺研究

作者：蒯永清

来源：《西部论丛》2017年第08期

摘要：随着科学技术的发展，我国的微组装工艺有了很大进展，在微组装工艺中，金丝

键合是一道关键工艺。金丝键合质量的好坏直接影响微波组件的可靠性以及微波特性。对金丝

键合工艺的影响因素进行了分析，并通过设计实验方案对25μm金丝进行键合实验。对键合金

丝进行拉力测试，测量结果全部符合军标GJB548B-2005要求。根据测量结果寻求最佳键合参

数，对实际生产具有一定的指导意义。

关键词：微组装技术金丝键合参数提取

引言

引线键合实现了微电子产品优良的电气互连功能，在微电子领域应用广泛。自动引线键合

技术作为一种先进的引线键合技术具有绝对优势。自动键合技术是自动键合机执行相应的程

序，自动完成引线键合过程。自动键合具有可控化、一致性好和可靠性高等优势。随着电子封

装技术的不断发展，微波组件正在不断向小型化、高密度、高可靠、高性能和大批量方向发

展，对产品的可控化、高一致性、高可靠性和生产的高效率都提出了更高的要求，顺应发展趋

势实现自动化生产已成为一种趋势。所以，对自动化键合工艺的研究和优化是非常有必要的。

金丝键合工艺1简介

金丝键合指使用金属丝（金线等），利用热压或超声能源，完成微电子器件中固电路内部

互连接线的连接，即芯片与电路或引线框架之间的连接。金丝键合按照键合方式和焊点的不同

分为球键合和楔键合。

金丝键合质量的影响因素2

劈刀2.1

劈刀是金丝键合的直接工具，楔焊劈刀用于金丝、金带、铝丝、铝带等键合，主要分为深

腔、非深腔、粗铝、金带/铝带键合等几大类，多为钨钢材料，刀头部分材料为陶瓷。在一个

完整的楔形键合中，第1键合点的键合强度主要受到劈刀的后倒角（BR）和键长（BL）、劈

刀在键合第1点后上升过程、拉弧过程所产生的摩擦及拉力、线夹打开的宽度等因素的影响。

如果BR太小，则劈刀后倒角区域较锋利，就会导致第1键合点的根部较脆弱，在拉力测试实

验中容易在此位置断裂。在完成第1键合点后，劈刀要经过先上升、再向第2键合点方向水平

移动，然后下降到第2键合点进行键合的过程，在该过程中，第1键合点的根部会受到拉力弯

曲，引线受到送线孔后端的摩擦，都会影响第1键合点的根部或者损伤第1键合点根部。第2

键合点的键合强度主要受到前倒角（FR）和键长的影响，此时BR的作用是保持尾丝的一致性

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及扯断引线提供一个应力集中点。因此如果要得到良好的引线键合，一定要根据所用引线的直

径选择合适的劈刀参数。在实际使用中，当劈刀用过一段时间后，前倒角、后倒角等劈刀端面

就会产生一定的磨损，这样导致焊点根部的键合强度降低，影响键合质量。同时，操作人员使

用不当也会缩短劈刀的使用寿命。

超声时间对键合的影响2.2

根据经验值，将金丝变形度設定为42%，相对超声功率设定为20%，键合压力设定为

0.18N，对超声时间进行单一变量研究。根据已有经验，确定试验范围，在所选范围内确定13

个数值，每个值对应键合5根丝，对其进行试验和分析。按照以上参数和方案进行自动键合，

通过镜检和拉力测试等方法分析超声时间对自动键合的影响。分别使用60倍和200倍光学显

微镜对键合金丝结果和键合点的形貌进行镜检，发现超声时间为2ms（自动键合机允许的最低

值）时，金丝没有键合上；超声时间3ms时，键合金丝和键合点形貌都正常，且满足键合标

准。使用Dag-4000拉力测试仪对键合好的金丝进行100%（没有键合上的除外）的拉力测试，

每组取其平均值。

键合2.3层镀金质量

同种金属间的键合效果最好，能够得到最高的可靠性。实验中使用金丝键合，因此镀层也

选用镀金层。镀金层的厚度直接影响镀金层硬度，镀金的纯度直接影响镀金质量，2个条件对

键合质量均有很大的影响。另外，镀金层表面的清洁度对键合质量也有较大的影响。等离子清

洗具有清洗干净、不损伤芯片、不降低膜层的附着力等特点，同时它具有常规的液相清洗不可

比拟的优势。等离子清洗过程中高能电子碰撞反应气体分子，使之离解或电离，利用产生的多

种粒子轰击被清洗表面或与被清洗表面发生化学反应，从而有效清除被清洗表面的有机污染