Wire-Bonding工艺以及基本知识

WireBonding技術入門WireBonding原理Bonding用WireBonding用Capillary焊接时序圖BSOB&BBOSWirebondingloop(線弧)Wirebond不良分析Preparedby:神浩Date:Nov.11th,2009WireBonding------引線鍵合技術WireBonding的作用電路連線，使晶片與封裝基板或導線框架完成電路的連線，以發揮電子訊號傳輸的功能WireBonding的分類按工藝技術：1.球形焊接（ballbonding)2.楔形焊接(wedgebonding)按焊接原理：1.熱壓焊300-500℃無超聲高壓力引線：Au2.超聲焊室溫有超聲低壓力引線：Al、Au3.熱超聲焊100~150℃有超聲低壓力引線：AuIC封裝中電路連接的三種方式：倒裝焊（Flipchipbonding)載帶自動焊（TAB---tapeautomatedbonding)引線鍵合（wirebonding)1．WireBonding原理WireBonding的四要素：Time(時間）Power(功率）Force(壓力）Temperature（溫度）熱超聲焊的原理：对金属丝和压焊点同时加热加超声波，接触面便产生塑性变形，并破坏了界面的氧化膜，使其活性化，通过接触面两金属之间的相互扩散而完成连接。2．Bonding用WireAuWIRE的主要特性：具有良好的導電性，僅次於銀、銅。电阻率（μΩ・ｃｍ）的比較Ag（１．６）＜Cu（１．７）＜Au（２．３）＜Al（２．７）據有較好的抗氧化性。據有較好的延展性，便於線材的制作。常用AuWire直径为23μｍ，25μｍ，30μｍ具有对熱压缩Bonding最适合的硬度具有耐樹脂Mold的應力的機械強度成球性好（經電火花放電能形成大小一致的金球）高純度（4N：99.99%）　3．Bonding用CapillaryCapillary主要的尺寸：H：HoleDiameter(Hole径)T：TipDiameterB：ChamferDiameter(orCD)IC：InsideChamferICANGLE：InsideChamferAngleFA：FaceAngle(Face角)OR：OutsideRadiusHWDHole径（Ｈ）Hole径是由规定的Wire径ＷＤ（WireDiameter)来決定H=1.2~1.5WDCapillary的選用：15(15XX)：直徑1/16inch（約1.6mm)，標準氧化鋁陶瓷XX51：capillary產品系列號18：HoleSize直徑為0.0018in.（約46μm）437：capillary總長0.437in.(約11.1mm）GM：capillarytip無拋光;(P：capillarytip有拋光）50：capillarytip直徑T值為0.0050in.（約127μm）4：IC為0.0004in.（約10μm）8D：端面角度faceangle為8°10：外端半徑OR為0.0010in.（約25μm）20D：錐度角為20°CZ1：材質分類，分CZ1,CZ3,CZ8三種系列1/16inch總長LCapillary尺寸對焊線品質的影響：Chamfer径（ＣＤ）Chamfer径过于大的话、Bonding強度越弱，易造成虛焊.CDCDChamfer角（ICA）Chamfer角：小→BallSize：小Chamfer角：大→BallSize：大CDCA:70(Degree)MBDSmallerCD–SmallerMBDCDCA:120(Degree)MBDBiggerCD–BiggerMBDChamferAngle：90°ChamferAngle：120°将Chamfer角由90°变更為120°可使Ball形状变大，随之Ball的宽度变宽、与Pad接合面積也能变宽。2ndNeck部Crack発生荷重过度附加接触面导致破损　　→HillCrack発生OR（OuterRadius）及FA（FaceAngle）：对HillCrack、Capillary的OR（OuterRadius）及FA（FaceAngle）的數值是重要影響因素FA（FaceAngle）0°→8°變更FA0°→8°的變更並未能增加WirePull的測試強度，但如下图所示，能夠增加2ndNeck部的穩定性。　FA：0°FA：8°次序动作1焊头下降至第一焊点之搜索高度2第一焊点之搜索3第一焊点的接触阶段4第一焊点的焊接阶段5返回高度6返回距离7估计线长高度8搜索延迟9焊头下降至第二焊点之搜索高度10第二焊点之搜索11第二焊点的接触阶段12第二焊点的焊接阶段13线尾长度14焊头回到原始位置4.焊接时序圖焊头動作步驟焊头在打火高度(复位位置)线夹关闭–WireClampClose空气中的金球FreeAirBall瓷嘴-Capillary焊头在向下运动的过程中,金球通过空气张力器的空气张力,使金球紧贴瓷嘴凹槽FABCaptureWithinTheChamferDiameterofCapillaryDuringDescendingMotion,FABPullUpwardsbyAirTensionerDie线夹打开–WireClampOpen在第一焊点搜索高度开始,焊头使用固定的速度搜索接触高度AtSearchHeightPositionBondHeadSwitchtoConstantSpeed(SearchSpeed)toSearchForContact第一焊点搜索速度1stSearchSpeed1第一焊点搜索高度1stSearchHeight焊头由打火高度下降到第一焊点搜索高度第一焊點接触階段最初的球形和质量決定于1STBOND：CONTACTTIMECONTACTPOWER,CONTACTFORCE,Die线夹打开-WireClampOpen最初的球形影响参数:接觸压力和预备功率ImpactForceandStandbyPower最终的球形和质量決定于1STBOND：BASETIMEBASEPOWERBASEFORCEDie线夹打开-WireClampOpen第一焊点焊接階段DIE线夹打开WIRECLAMPOPEN反向高度-RH焊头向上运动BONDHEADMOVEUP完成第一点压焊后,焊头上升到反向高度反向距离线夹打开WIRECLAMP“Open”反向距离-RDDIEIEXY工作台运动X-YTABLEMOVEMENT  焊头上升到线弧高度位置               DIE焊头向上运动BONDHEADMOVEUP线夹关上-WIRECLAMPCLOSE计算线长CalculatedWireLength线夹关上后,开始第一点压焊检测M/CSTARTTODOTHE1STBONDNONSTICKDETECTIONATLOOPTOPPOSITIONAFTERW/CCLOSE搜索延遲搜索延迟－　XY工作台向第二压点移动－　焊头不动SEARCHDELAY－XYTABLEMOVETOWARDS2NDBOND－BHMOTIONLESSDIE搜索延迟SEARCHDELAY线夹关上WIRECLAMPCLOSESYNCHRONOUSOFFSETDECSAMPLEOFFSETDIEARCMOTIONSD第二焊点搜索高度-2ndSch.High第二焊点搜索速度-2ndSch.Speed线夹关上WIRECLAMPCLOSE线夹打开WIRECLAMPOpenatSearchPos.LeadXYZ移向第二压点搜索高度第二焊点接触階段最初的楔形影响参數2ndbond：ContactTime（接触时间）ContactPower（接触功率）ContactForce（接触压力）DIELEAD线夹打开WIRECLAMPOPEN接觸壓力和預備功率Initialwedgeshapewillbeaffectedbyimpactforceandstandbypower第二压点焊接階段最终的楔形质量決定于2ndbond：BaseTime（基础时间）BasePower（基础功率）BaseForce（基础压力）线夾打开　WIRECLAMPOPEN焊头在尾丝高度Lead线夹关上WIRECLAMPCLOSE尾丝长度Taillength完成第二点压焊后,焊头上升到尾丝高度,然后线夹关上Aftercompletedbondingof2ndbond,BHwillbeascendedto‘TailLength’position,andclosewireclamp拉断尾丝线夹在尾丝位置关上,把尾丝从第二压点拉断后,焊头上升到打火高度AfterWireClampCloseAtTailPosition,ItWillTearTheWireFromStitchAsBHContinueToAscendToFireLevel线夹关上WIRECLAMPCLOSE金球形成，开始下一個压焊过程线夹关上WIRECLAMPCLOSE金球FAB焊头到达烧球高度,烧球延迟以后,然后电子打火形成对称的金球AfterBHReachFireLevelPositionAndAfterEFODelay,ASparkWillBeGeneratedToFormASymmetricalFAB打火杆E-TorchBSOB的應用：1.晶體橋接2.改善第二點不易黏3.弧度高度限制　5．BSOB&BBOSBBOS:BONDBALLONSTICHBSOB:BONDSTICHONBALLBSOB時BONDHEAD的動作步驟：BallOffset：設定範圍:-8020,一般設定:-60此項設定值球時，當loopbase拉起後，capillary要向何方向拉弧BSOB的二個重要參數：CapillaryCenterlineBallCenterlineBallOffsetdie的方向lead的方向設定值為正值:代表capillary向lead的方向拉弧設定值為負值:代表capillary向die的方向拉弧Capillarycenter-60Capillarycenter60BallcenterWireOffset55WireOffset65WireOffset452ndBondPtOffset此項是設定2銲點魚尾在BALL上的偏移距離，其單位是xyMotorStep=0.2um，一般設定：60此參數主要目的以確保2銲點魚尾與植球有最大的黏著面積BallCenterlineCapillaryCenterlineWireOffset0BSOBBALLBSOBBALL最佳BSOB效果最佳BSOB效果正常正常FAB過大，BASE參數過小BASE參數過大BALL過大，STICHBASE參數過小BALL過小，STICHBASE參數過大BSOB2ndstich不良6．WirebondingloopQ-Loop‘M’–LOOPSquareLoopPENTALOOPLOOP有以下四種類型：序號參數名稱單位功能說明1ReverseHeight(RH)Step反向弧度高度(1Step=10um範圍:1-400step)2ReverseDistance(RD)Step反向拉弧距離(RD=%RH)如：圖13LoopHeightCorrection(LHC)Step弧度高度補償，LHC越大則弧度的金線越長(1step=10um範圍:25-1500um1–59mil）如：圖24SearchDelay(SD)Dac搜尋延遲時間，拉弧路徑至最高點後所延遲的時間（範圍:0~60，主要控制LoopBase的一致性，典型的設定值為3）5Deceleration(DEC)Dac拉弧減速，DEC越小則弧度越緊，反之則否，主要控制線弧彈道的中間部份。（範圍:0~96）6SyncoffsetDac線尾拉弧補償，與DEC相近，越小則線尾弧度越緊，反之則否（範圍:-16~32，典型的設定值為3）7ReverseDistanceAngle（RDA)Dac是设定所折的角度大小，放“-”则角度会变比较尖，放“+”则角度会比较圆滑。（範圍:-90~90）如：圖3）Q-LOOP輪廓及參數說明：ReverseDistanceAngle功能在定義ReverseDistance方位注意:假如反向拉弧的角度超過20度，可能會產生neckcrack圖1圖2圖3不好不好好好7．Wirebond不良分析Wirebond品質不良人支架方向放反支架在機台焊接區放置太久拿取支架動作不正確，將線弧壓倒Bondbase參數設定不良法Loopbase參數設定不良環ESD超標機台預熱溫度超標CLAMP按裝不良，Bonding時支架有鬆動機Transduceforce不穩定機台未保養，wireclamp、Auwire氣夾污染Auwire不良、污染料Capillary到使用壽命未及時更換Diebond不良，缺膠、晶片粘膠、固雙晶Leadframe氧化、污染plasma清洗效果不佳THEENDThanks