摘 要： 半导体的性能和可靠性与器件的封装形式亲近相关，而引线键合工艺无疑是其中主要且容易泛起失效的一环，其失效约莫占总失效的1/3。因此，对引线键合工艺的深入明确对器件封装至关主要。本文周全深入地叙述了引线键合工艺，包括引线键合的多种工艺要领、引线键合的手艺原理与特点、引线键合的打线方法、引线键合的现实应用以及引线键合常见的失效形式等。本文对引线键合的综合性叙述事情对器件封装的设计和制造有着主要的启引作用。
要害词： 封装；键合机理；键合工艺；键合质料；打线形式；键合失效
Research on Power Device Wire Bonding Technology: A Review
NS Technical Literature of the Third Gen-Semiconductor Project Team
Abstract The performance and reliability of semiconductors are closely related to the packaging form of devices, and the wire bonding process is undoubtedly an important part and is prone to failure, which the wire bonding failures account for about 1/3 of the total failures. Therefore, an deep understanding of the lead bonding process is very important for device packaging. This article comprehensively elaborates on the wire bonding process, including the various techniques, the technical principles and characteristics, the bonding methods, and the practical applications and the common failure modes of wire bonding. It is believed that the comprehensive exposition of the wire bonding in this article has an important inspiration for device packaging.
Keywords packaging；bonding mechanism；bonding process；bonding materials；bonding forms；bonding failure
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在器件封装流程中，引线键合是一项十分要害的工艺办法，引线的清洁度、键合的稳固性等等都与封装的可靠性息息相关。因此，我们需要对其塑封前后的引线举行可靠性测试与失效剖析，主要分为键合失效与可靠性失效两种模式，对应剖析其失效因素，从而对工艺流程举行调解，改善产品的可靠性[13]。
5.1 键合失效
在举行键合工艺的封装流程中，往往会有许多失效情形泛起，常见的有外观问题、焊线拉力失效、焊点推力失效、焊盘清洁度水平缺乏、焊盘泛起弹坑等等。
5.1.1 工艺失效
以金线球焊为例，其外观检测主要是烧球外观、拉线外观。其中烧球失效包括烧球尺寸、形状、稳固性、滑球等等；拉线失效包括金线残留不符要求、弧度不良、各个节点（一样平常是A、D、E点）不良等等。
焊线拉力与焊点推力是焊线质量评判的一个主要指标，其很好地反应引线的应力与焊点的牢靠性，只有抵达一定的标准才华包管器件的可靠性。如图18所示，其在焊线的时间就会自动对引线举行一次拉力测试，焊线条数对应磨练次数（15mil会施加250g的拉力，20mil会施加300g的拉力）？梢钥吹，相比于拉力标准，这个拉力是偏小的，由于这一办法是为了磨练焊点是否保存虚焊的征象，不但大大提高了磨练的效率，也降低了器件的缺乏格率。
焊线竣事后，会使用专门的钩针与推针举行测试，机械会纪录焊线断开与焊点移动的实力数据，从而与标准较量，判断产品是否切合推拉力要求。钩针一样平常在线弧最高点举行钩线，断点差别缘故原由差别；而推针一样平常高于电极5μm。
图18 器件推拉力效果：（a）推拉力前、（b）推拉力后
Fig.18 Power device push-pull test results: (a) before push-pull, (b) after push-pull
5.1.2 焊盘清洁度
焊盘清洁度在焊线工艺也是造成失效的一个因素，焊点的牢靠性与其息息相关，虚焊也经常爆发在清洁度缺乏的焊盘上。卤化物、洗濯残留、镀层污染等都是造成焊盘污染的主要因素。
5.1.3 弹坑
弹坑是键合失效中常见的问题，其经常爆发在高强度加压加能量的超声焊接。弹坑是指焊盘金属化层或其下方的半导体质料层的机械损坏，如图19（a）所示。这种损坏，有时可见为凹痕或裂纹，或更常见的是对证料结构看不见的损坏，会降低半导体器件的性能并引起电损坏，增添器件故障的危害。造成弹坑这种征象往往有两个因素：引线硬度较大以及键合参数不匹配芯片质料脆性。
以铜线为例，烧球时铜线极易氧化，由于其氧化物硬度较大，往往在键合中会对焊盘造成损伤，因此在铜线键适时需要气体举行；；引线与焊盘的键合参数是否匹配也对弹坑有着响应的影响，因此装备参数也需要逐步调试，只管阻止弹坑形成；另外，在球焊中若是烧球较小也有可能由于键合头过硬接触焊盘形成弹坑。图19（b）是器件对铝线侵蚀后的效果图，图19（c）是其在显微镜下的弹坑视察图，可以看到其外貌仅仅只有铝线键适时留下楔形痕迹，并没有显着的弹坑痕迹。
图19 （a）弹坑、（b）器件去铝线示意图、（c）显微镜下芯片形状图
Fig.19 (a) crater, (b) device corrosion, (c) chip appearance under microscope
5.2 可靠性失效
在器件投入事情后，难免会泛起老化失效的可靠性问题，因此我们在整个封装流程竣事后，需要对器件举行可靠性测试与响应的失效剖析，其主要失效模式包括引线与焊盘外貌金属间化合物的扩散、焊线疲劳劳损、焊点失效（剥离、侵蚀等等）等等。
5.2.1 金属间化合物的扩散
在引线与芯片焊盘键合的历程中，引线与外貌铝垫保存金属扩散的情形，当两种差别扩散速率的金属相互接触并施加压力时，会泛起柯肯达尔效应，虽然固体中扩散速率很慢，但随着时间推移，难免会爆发可靠性问题。以键合金线为例，当金线键合在芯片电极铝垫上，经由恒久情形因素影响，会形成细密连系的化合物（“白斑”和“紫斑”），并在其中形成孔洞。（“紫斑”的主要物质是AuAl2，一样平常是金线与铝垫在键合外貌接触并扩散所爆发的化合物与其它混淆物，“白斑”的因素是Au2Al。）
5.2.2 焊线疲劳
器件投入应用后，其引线焊点处经常泛起细微缺陷，在受到温度转变或其他情形因素影响下引线会爆发形变，而缺陷也会随之扩大。引线的拉伸弯曲会影响焊点处应力的转变，最终泛起焊线疲劳，更严重的是，随着情形温度的转变，这种失效会经常泛起。履历证，当引线弧高凌驾两个焊点间距的四分之一时，线弧会泛起塌陷的问题。
5.2.3 键合焊点失效
在可靠性测试中的情形老化试验下，键合焊点失效也是经常爆发，在冷热攻击中，温度的冷热交替会造成焊点剥离，甚至延伸到焊线；另外，在湿度较高的情形下，焊点也会泛起锈蚀的状态，锈蚀会造成电路故障以及增添键合点的电阻等失效。
引线键相助为封装工序主要的工艺环节，对器件的性能体现和恒久可靠性有着主要的影响，对焊线工艺的深入明确在封装事情中至关主要。本文对引线键合举行了周全详细地先容：
(1) 引线键合常见的三种工艺要领可分为热压键合、超声键合以及热压超声键合；热压超声键合可使超声波功率和焊接压力减小，；ば酒，是现在主流的引线键合要领。
(2) 凭证焊点的形状，引线键合可分为球形键合与楔形键合。一样平常球形键合适用于金线焊接，楔形键合适用于铝线焊接以及键合引线的特点。
(3) 凭证本钱和电流密度区分，一样平常小功率器件选用金线键合，而高功率的功率器件则选用铝线键合。
(4) 引线键合常见的失效形式主要有：键合失效与可靠性失效。键合失效主要分为工艺失效、焊盘清洁度与弹坑；可靠性失效主要包括金属间化合物的扩散、焊线疲劳与焊点失效。
（完结）
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