微電子封裝是芯片成為功能產(chǎn)品的最后一步。它不僅為芯片提供電氣連接、散熱通道，還承擔(dān)物理支撐與保護(hù)作用。封裝質(zhì)量直接影響器件性能，其中，互連技術(shù)尤為關(guān)鍵。研究表明，25%~30%的半導(dǎo)體失效源于芯片互連問(wèn)題。在各類互連方式中，引線鍵合因成本低、工藝成熟，仍占據(jù)封裝市場(chǎng)約70%的份額。引線鍵合是一種使用細(xì)金屬線，利用熱、壓力、超聲波能量為使金屬引線與基板焊盤緊密焊合，實(shí)現(xiàn)芯片與基板間的電氣互連和芯片間的信息互通。

一、熱壓鍵合

1.原理

通過(guò)加熱與加壓使金球發(fā)生顯著塑性變形，表面滑移線破壞氧化膜，潔凈金屬面接觸并擴(kuò)散，形成焊點(diǎn)。

2.關(guān)鍵影響因素

熱壓鍵合對(duì)材料有較高要求。例如：

• Au-Ag、Au-Cu等可形成固溶體的金屬組合，擴(kuò)散性好，焊接性能優(yōu)良；
• Au-Si、Al-Si等可形成低熔點(diǎn)共晶，也具備良好的可焊性；
• 而如Au-Al、Cu-Al等通過(guò)擴(kuò)散形成金屬間化合物的組合，雖可焊接但需嚴(yán)格控制工藝。
  

3.工藝參數(shù)：

• 鍵合時(shí)間：時(shí)間延長(zhǎng)有助于提高變形率和連接強(qiáng)度；
• 鍵合力：需精確控制，過(guò)大可能損傷芯片，過(guò)小則連接不牢；
• 變形率：在一定范圍內(nèi)，拉斷載荷與球的變形率成正比；
• 潔凈度：任何污染都會(huì)顯著降低焊接強(qiáng)度。
  

4.特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

工藝簡(jiǎn)單，無(wú)方向性，金-金鍵合穩(wěn)定。

劣勢(shì)：

需高溫（通常150°C以上），對(duì)潔凈度極敏感，小焊盤適應(yīng)性差，成品率偏低。

二、超聲鍵合

1.原理

常溫下，超聲振動(dòng)使氧化膜破碎，純凈金屬面摩擦生熱并擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)連接。過(guò)程分兩段：初始滑移去污染，隨后橫向塑性變形完成鍵合。

2.關(guān)鍵影響因素超聲功率：

決定材料軟化程度；

鍵合力：

壓力越大，越早形成連接，滑動(dòng)階段縮短；

變形幅度：

強(qiáng)度隨變形增加而提升，但超過(guò)絲材承載極限時(shí)斷裂；

后加熱：

可進(jìn)一步促進(jìn)擴(kuò)散，提升接頭強(qiáng)度。

3.特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

可焊異種金屬，不影響導(dǎo)電性；周期短、熱影響??；無(wú)需輔料，能耗低；金屬間化合物生長(zhǎng)少，可靠性高。

劣勢(shì)：

對(duì)表面粗糙度敏感；鋁屑易粘焊頭，難清理；材料厚度受限，可焊金屬范圍窄；設(shè)備功率需求高。

三、熱壓超聲鍵合

1.原理

結(jié)合了熱壓和超聲兩種能量的熱壓超聲鍵合（又稱金絲球鍵合），成為目前最主流的引線鍵合技術(shù)。它同時(shí)利用熱、壓力和超聲波能量，在較低溫度和壓力下實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量連接。

2.典型工藝流程

• 穿線：引線穿過(guò)劈刀，伸出長(zhǎng)度決定后續(xù)球尺寸；
• 形成球：通過(guò)EFO（電子火焰熄滅）放電將引線端部熔成球狀；
• 對(duì)位：球移動(dòng)到焊盤上方；
• 第一焊點(diǎn)：劈刀將球壓到焊盤上，施加壓力、溫度和超聲波形成連接；
• 拱絲成型：劈刀上升并移動(dòng)到第二焊點(diǎn)位置，形成特定拱形；
• 第二焊點(diǎn)：在基板或引線框上形成楔形焊接；
• 斷線：夾子閉合，劈刀上升扯斷引線，準(zhǔn)備下一次鍵合。
  

3.關(guān)鍵影響因素超聲時(shí)間：

過(guò)長(zhǎng)易損焊盤，過(guò)短擴(kuò)散不足；

變形量：

有效鍵合面積隨變形增大而增加，強(qiáng)度提升。

4.特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

溫度與壓力低于純熱壓，熱應(yīng)力小；可形成復(fù)雜拱絲，適應(yīng)高密度封裝；無(wú)方向性，工藝窗口寬。

劣勢(shì)：

對(duì)污染物敏感，易出現(xiàn)縮坑；參數(shù)多（溫度、壓力、超聲、時(shí)間），調(diào)試復(fù)雜； 焊盤尺寸略大于超聲鍵合，成品率略低。