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    淺談引線鍵合Wire Bonding工藝(一)

    更新時間:2023-03-27   點擊次數:2277次

    一、引線鍵合的開發 | Wire Bonding Development

    引線鍵合是1950年代在德國通過偶然的實驗觀察發現的,隨后發展成為一種高度受控的過程。如今,它廣泛用于通電互連半導體芯片以封裝引線,磁盤驅動器頭到前置放大器,以及許多其他應用,使日常用品變得更小、更“智能"、更高效。


    二、什么是引線鍵合?| What is wire bonding?

    引線鍵合是一種將一段小直徑的軟金屬線連接到兼容的金屬表面上的方法,無需使用焊料、助焊劑,在某些情況下還使用高于 150 攝氏度的熱量。軟金屬包括金(Au),銅(Cu),銀(Ag),鋁(Al)和合金,如鈀銀(PdAg)等。


    有三種類型的引線鍵合:


    【1】 熱壓鍵合-Thermocompression Bonding:

    涉及使用力、時間和熱量通過相互擴散連接兩種材料的過程。將導線(在某些情況下加熱)以高力壓在熱表面上(在 150 攝氏度或更高)上一段有限的時間以實現粘合。不使用摩擦。該工藝使用金線和金鍵合表面,最初與球鍵合有關。直到今天,仍然有一些人會使用“Thermocompression Bonding"作為球鍵合的同義詞,即使它現在使用超聲波摩擦。


    【2】熱超聲鍵合-Thermosonic Bonding:

    該過程涉及使用力,時間,超聲波和熱量來連接兩種材料。將電線(在某些情況下加熱)以低力壓在熱表面上(150°C或更低),并在有限的時間內振動以實現粘合。該工藝使用金線和金鍵合表面,最初也與球鍵合有關,因為超聲波用作鍵合參數時,它是通過球鍵合完成的。直到今天,仍然有一些人會使用“Thermosonic Bonding"作為球鍵合的同義詞,即使它現在也用于楔形鍵合。


    (2.1)金球鍵合-Gold Ball Bonding:


    之所以如此命名,是因為它是金線的鍵合,在初始階段,金線的末端形成一個球或球體?!跋ɑ?用于制造球。最初,熄火是用明開的氫火焰完成的,氫氣火焰會向電線的末端旋轉并熔化它,在電線的末端形成一個球體。目前,球是用EFO(電子火焰關閉)制成的,它會產生火花來熔化電線的末端。這種粘合過程使用力、時間、超聲波和熱量來形成粘合。近年來,銅線已開始用于該過程,但設備必須進行修改以防止電線氧化,尤其是在熄火時形成過程中的球。


    (2.2)凸塊粘接或螺柱凸塊-Bump Bonding or Stud Bumping:


    這是金球鍵合的變體。在這種形式的引線鍵合中,只有“凸塊"或球被粘合到表面上。沒有導線從第一個鍵合延伸。這種鍵合方式用于在芯片上制造金凸塊,這些凸點稍后將被“倒裝芯片"鍵合。凸塊粘接還用于連接平面彼此相距 90 度但觸點靠近的曲面。


    (2.3)楔形鍵合-Wedge Bonding:

    這種工藝最初只是用鋁線的,不使用熱量來形成鍵合。隨著時間的推移,熱量被添加到鍵合表面,金線用于金線的熱聲楔形鍵合。這是現在鍵合金線或金帶的常見形式。然而,應該注意的是,有些人仍然使用“Wedge Bonding"作為超聲波(如下所述)而不是熱超聲引線鍵合的術語。無論“Wedge Bonding"的傳統含義如何,熱超聲楔形焊接工藝都使用力、時間、超聲波和熱量來形成焊接鍵合。

    【3】超聲波鍵合-Ultrasonic Bonding:

    該過程涉及使用力,時間和超聲波來連接兩種材料。將線材以低力壓在表面上(在環境溫度下),并在有限的時間內振動以實現鍵合。這個過程可以用金、鋁、銅、鈀、銀或鉑線或帶來完成,并粘合相同材料的表面。最初,這種形式的引線鍵合僅使用鋁線完成,因此直到今天仍然有人將“Ultrasonic Bonding"用作鋁線楔形鍵合的同義詞,即使它現在也用于金線楔形鍵合和其他材料。


    (3.1)楔形鍵合-Wedge Bonding:

    該過程在室溫/環境溫度下使用力、時間和超聲波與粘合表面進行粘合。雖然最初僅限于鋁鍵合應用,但今天還有許多其他材料和合金可以通過超聲波方法鍵合,包括一些曾經認為只有在加熱時才有效。


    (3.2)釘釘鍵合- Peg Bonding:

    該過程在室溫/環境溫度下使用力、時間和超聲波與粘合表面進行粘合。雖然釘鍵合與楔形鍵合相同,并且可以通過熱聲和超聲波完成,但與前面描述的技術的主要區別在于,在釘鍵合機中,焊絲不是由線切割機從線軸送入的。在釘子鍵合應用中,線或帶(或任何一般導體)要么預先對準鍵合墊,要么手動引入要鍵合的鍵合工具(釘子)下。此過程更常見的名稱是TAB(磁帶自動粘合)或單點TAB.Hybond為這種類型的粘合命名為Peg,因為將其命名為TAB會導致假設磁帶進給機制將作為設備的一部分,而實際上并非如此。Peg這個名字也是由Hybond給出的,因為用于粘接的工具通??雌饋硐馪eg,就像楔形粘接中使用的工具看起來像楔子一樣。

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