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SiP封装工艺6—Wire Bonding

Plasma Clean (电浆清洗Before WB)

在密闭真空中充入少量Ar、H2、O2中的一种或几种气体,利用RF power在平形板电极形成电场使电子来回震荡,电子激发并电离气体产生电浆,撞击基板和芯片表面,与污染物产生物理或化学反应,利用气体流通将污染物去除。电浆清洗使表面微结构产生官能基或达到一定的粗糙度,增加不同材料之间的结合力,增加焊点的可靠性以及基板与塑封材料之间的结合力,从而提高产品的可靠度、增加使用寿命。


Plasma Clean示意图

电浆清洗主要分以下几种

1.    Argon Plasma

纯物理作用、物理撞击可将表面高分子的键结打断,形成微结构粗糙面。

2.    Oxygen Plasma

具有化学作用,可以氧化燃烧高分子聚合物,或者形成双键结构的官能子,可表面改性。

3.    Hydrogen Plasma

具有还原性作用的气体,可以还原被氧化的金属表面层。

4.    Mix Gas Plasma

组合上述气体种类,可达到特殊官能基的形成。Ar & H2混合气,借由物理撞击对表面的结构产生活化作用,并形成粗糙面增加结合力。Wire Bond工序前,采用此种清洗方式,可以增加焊点的结合力。O2& H2混合气,对金属面形成OH-基,Molding 工序前,采用此种清洗,可以增加与   Compound间的结合力。


电浆清洗三种原理

Plasma Clean (电浆清洗Before WB)

WB是封装工艺中最为关键的一步,主要目的是利用金线(Au)、铝线(Al)或铜线(Cu),把芯片上的Pad和基板上Finger通过焊接的方法连接起来。焊接方式有热压焊、超声键合和热超声焊等,这里主要介绍热超声焊。

热超声焊的主要材料为金线,成分为99.99%的高纯度金,线径一般为0.8mil,1.0mil,1.3mils,1.5mils和2.0mils等。利用超声振动提供的能量,使金丝在金属焊区表面迅速摩擦生热,产生塑性变形,破坏金属层界面的氧化层,两个纯净的金属界面紧密接触,在钢嘴压力作用下,达到原子间紧密键合,形成牢固的焊接。


热超声焊

球焊的主要过程如下图:

1)    打火杆在瓷嘴前打火,将金线烧熔成球;

2)    第一焊点:金球在钢嘴施加的一定压力和超声的作用下,与芯片pad连接,形成焊球(Bond Ball);

3)    第一焊点完成后,夹持金线的夹子松开,钢嘴牵引金线上升,并按程序设定的轨迹运动,从而形成一定的线型(Wire Loop)。

4)    第二焊点:钢嘴运动到基板Finger上方,在超声作用下,下压到在基板的Finger上,形成鱼尾(Wedge)形的连接;

5)    第二焊点完成后,钢嘴向上运动,拉出一定长度的金线(为下一步烧球做准备),夹子闭合,金线与Finger的连接被切断。

6)    回到第1),进入下一焊接循环。

WB四要素:压力(Force)、超声功率(USG Power)、时间(Time)、温度(Temperature)。

金丝球焊过程示意图及焊接后的基板和芯片、金丝及第一、第二焊点图

· 2019-02-27 07:40  本新闻来源自:IC封装设计,版权归原创方所有

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