金线键合和铝线键合
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引线键合是将芯片与基板或 PCB 连接在一起的过程。引线键合的概念是 PCB 电子领域的一个重大发展。它是电子制造中一项重要的技术,使用金、铝和铜等金属线建立可靠的电路。引线键合材料的选择在很大程度上取决于预期的应用、成本、可靠性和兼容性。
引线键合机高度自动化,并配备模式识别系统 (PRS),能够定位芯片键合焊盘和 PCB 参考点,以实现精确的引线键合。必须通过真空夹紧并固定要进行引线键合的芯片的 PCB 或基板。这是为了确保键合形成过程中 PCB 和芯片的平面性和稳定性。毛细管是一种在过程中固定和键合引线的工具。
超声波键合是一种流行的引线键合工艺,可在较低温度下通过应用超声波频率进行。超声波能量由换能器产生,换能器以低频至高频机械振动毛细管或键合工具。铝是超声波键合中的常见材料,其中使用楔形毛细管工具来键合金属。下面简要讨论超声波键合工艺的顺序:
施加向下的力将导线连接到焊盘上。
超声波擦洗有助于实现所需的楔形粘合。
形成一个线圈,并且夹具被打开。
再次施加向下的力以使导线着陆并在 PCB 或基板上形成针脚或二次键合。
电线在楔子的根部被剪断。
在热超声键合中,超声波能量通过导线施加到毛细管上,同时将基板或焊盘加热到高温。热超声键合可以使用金和铜。请参考以下简化步骤来了解这种键合类型:
导线通过毛细管工具固定到位。
用 EFO(电火焰)火花撞击电线就会形成球。
芯片焊盘上带有导线的毛细管
超声波能量、热量和压力在焊盘上形成球形焊点。
当毛细管被抬起时,就会形成一个环路。
超声波能量、热量和压力在 PCB 或基板上形成针脚接合。
热压键合在某种程度上类似于热超声键合,只是在过程中不施加超声波能量。热量、时间和压力是决定键合形成的关键参数。界面键合过程中的热量是通过加热毛细管或加热台实现的。最新的热压键合机采用了这两种方法。热超声技术的另一个不同之处在于,热压键合采用更大的力和更扁平的球尺寸。同样的顺序也适用,其中首先通过 EFO 火花形成球并将其附着到芯片或基板上。
必须仔细评估导线类型和尺寸,以确保正确的引线接合 PCB。导线类型包括要使用的材料类型及其相应的纯度和合金成分。导线类型和尺寸选择不当可能会导致可靠性故障。对于细间距设备,需要较小的导线尺寸,并且对摇摆或与相邻导线短路的敏感度更高。
所用的毛细管对 PCB 引线键合工艺性能起着至关重要的作用。毛细管的某些特性(例如倒角直径和面角)决定了引线键合过程中球和楔的形成。错误的毛细管几何形状会导致严重问题,例如键合涂抹、键合过大以及焊缝或针脚断裂。
待焊线的表面必须清洁,不得有污染物,否则可能会干扰导线与焊盘的接合。有时采用等离子清洗表面,以清洁和预处理接触区域,从而实现有效的导线接合。受污染的 PCB 导线接合区域可能导致导线拉力和接合剪切力测试结果较低。对于铜线接合,使用合成气体或氮气以避免氧化非常重要。
必须优化主要的 PCB 引线键合参数(例如引线键合力、功率和时间),以实现优质的引线键合表面。过大的功率或力会导致引线键合焊盘“凹陷”甚至开裂,而缺乏相同的参数则会导致不粘和低拉力测试结果。正在进行设计实验和参数筛选,以了解力、功率和时间的可接受范围。
导线拉力测试是检查 PCB 导线强度和故障模式的一种重要方法。此测试方法需要用钩子垂直拉动导线,以确定拉力强度和断裂模式。这种测试是破坏性的,因此只能在抽样基础上进行,通常在机器设置和批次监控期间进行。
球剪切试验适用于热超声和热压键合。在这种破坏性测试中,楔形工具被放置在球附近并剪切球键合。球剪切强度将根据键合参数而有很大差异。
凹坑测试是一种引线键合测试,采用蚀刻技术来揭示由引线键合引起的底层焊盘开裂或损坏。所用的化学品取决于所用的引线类型。验证键合配方需要凹坑测试结果,以了解高水平参数值的影响。
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