超声波楔键合的技术迭代及工作原理

来源: | 作者:PanYunKJ | 发布时间: 2023-01-06 | 1221 次浏览 | 分享到:
超声波焊接是通过施加夹紧力同时通过谐振换能器 - 劈刀结合超声波能量而形成的。

超声波楔键合在 1960 年左右被引入微电子行业,并主导了设备生产,直到被金球热超声自动键合机取代。超声波楔形键合(如果加热也称为热超声键合)通常在室温下进行。该技术主要用于将铝线键合到 Au 或 A1 焊盘,尽管该技术可以使用特殊的“金键合”斧头(十字槽)键合到 Au 线。


粗线径的Al线超声波键合仍然是功率器件互连的主要方法。超声波焊接是通过施加夹紧力同时通过谐振换能器 - 劈刀结合超声波能量而形成的。在制作第一个键合点之前,楔形键合系统(换能器-铰链组合)必须从第一个键合点到第二个键合点大致成一直线,这不利于自动键合机,因为这需要封装或换能器的机械对准对于每条线,将引线键合过程减慢 50% 以上。与用于键合相同数量器件的热超声球键合机相比,需要数倍的自动键合机以及其他管理费用。

带有较粗导线的铝线键合主要用于功率器件和每根引线电流超过几安培的混合电路。这种引线键合技术。粗铝线采用冷超声波焊接方式接合,超声波电源使用频率为60kHz或80kHz,虽然早期也使用25kHz。通常粗丝直径范围为7Sum或100um~0.5mm(3~30mil)。对于粗线径A1丝的键合点,通常使用的典型丝为99.99%的Al丝或含1%Si的Al丝。

目前用于粗线的引线键合技术包括手动键合和自动键合。早期的键合器在第二次键合后使用手动或电动剪刀或刀片剪断引线,在某些情况下,这种键合是用镊子完成的。然而,由于开发了一种既能键合又能切线的特殊键合铆钉,使该领域有了很大的进步,使键合和线切割都可以超声波完成,从而提高了键合速度,并使自动键合机成为可能。今天由 Orthodyne 开发的键合毛细管在键合过程中将导线放置在平行的倒 V 形槽中,从而提供牢固的键合颈部。这与使用相对平坦的键合毛细管进行细线楔形键合有很大不同。尽管较粗的导线通常经过完全退火处理,但它们非常坚硬,其键合力(约 1kgf)远大于细线(25 ~ 35gf)的芯片键合所需的键合力。超声波能量也很高,可达25W左右,而细线的超声波能量大多小于1W。大多数功率器件封装通常镀镍,如果没有氧化物,较粗的铝线可以与金属镀层形成良好的结合。具有粗线径的铝线键合可能与具有细线径的铝线键合具有相同的可靠性问题,但是,参数化良好的工艺很少会遇到此类故障。