元器件的互连封装技术—引线键合技术

引线键合（WireBonding）引线键合(Wire Bonding)——将芯片装配到PCB上的方法 | SK hynix Newsroom结束前工序的每一个晶圆上，都连接着500~1200个芯片（也可称作Die）。

为了将这些芯片用于所需之处，需要将晶圆切割(Dicing)成单独的芯片后，再与外部进行连接、通电。

此时，连接电线（电信号的传输路径）的方法被称为引线键合（Wire Bonding）。

其实，使用金属引线连接电路的方法已是非常传统的方法了，现在已经越来越少用了。

近来，加装芯片键合（Flip Chip Bonding）和硅穿孔（Through Silicon Via，简称TSV）正在成为新的主流。

加装芯片键合也被称作凸点键合（Bump Bonding），是利用锡球（Solder Ball）小凸点进行键合的方法。

硅穿孔则是一种更先进的方法。

为了了解键合的最基本概念，在本文中，我们将着重探讨引线键合，这一传统的方法。

一、键合法的发展历程图1. 键合法的发展史：引线键合(Wire Bonding)→加装芯片键合(Flip Chip Bonding)→硅穿孔（TSV）下载图片为使半导体芯片在各个领域正常运作，必须从外部提供偏压（Bias voltage）和输入。

因此，需要将金属引线和芯片焊盘连接起来。

早期，人们通过焊接的方法把金属引线连接到芯片焊盘上。

从1965年至今，这种连接方法从引线键合(Wire Bonding)，到加装芯片键合(Flip Chip Bonding)，再到TSV，经历了多种不同的发展方式。

引线键合顾名思义，是利用金属引线进行连接的方法；加装芯片键合则是利用凸点（bump）代替了金属引线，从而增加了引线连接的柔韧性；TSV作为一种全新的方法，通过数百个孔使上下芯片与印刷电路板（Printed Circuit Board，简称PCB）相连。

二、键合法的比较：引线键合(Wire Bonding)和加装芯片键合(Flip Chip Bonding)图2. 引线键合(Wire Bonding) VS加装芯片键合(Flip Chip Bonding)的工艺下载图片三、引线键合（Wire Bonding）是什么？图3. 引线键合的结构（载体为印刷电路板（PCB）时）下载图片引线键合是把金属引线连接到焊盘上的一种方法，即是把内外部的芯片连接起来的一种技术。

1.引言任何一个电子元件，不论是一个三极管还是一个集成电路（Integrated Circuit, IC），想要使用它，都需要把它连入电路里。

一个三极管，只需要在源极、漏极、栅极引出三根线就可以了，然而对于拥有上百或上千个引脚的超大规模集成电路（Very Large Scale Integration Circuit, VLSI）来说，靠这种类似于手动把连线插到面包板的过程是不可能的。

直接把IC连接到（未经封装的集成电路本体，裸片，Die）电路中也是不可能实现的，因为裸片极容易收到外界的温度、杂质和外力的影响，非常容易遭到破坏而失效。

所以电子封装的主要目的就是提供芯片与其他电子元器件的互连以实现电信号的传输，同时提供保护，以便于将芯片安装在电路系统中。

一般的半导体封装都类似于下面的结构，将裸片安装到某个基板上，裸片的引脚通过内部连接路径与基板相连，通过塑封将内部封装好后，基板再通过封装提供的外部连接路径与外部电路相连，实现内部芯片与外界的连接，就像上面两个图一样，裸Die和封装内部复杂的连接等都埋在里面，封装好后就是对外就是一些规整的引脚了。

不论是多复杂的封装，从黑盒的角度来看其实现的基本功能都是一样的，最简单的就是封装一个分立器件，给出几个引脚；复杂一点想要封装具有多个I/O 接口的IC，以及多个IC一起封装，在封装的发展过程中也发展出了很多封装类型和很多技术，比如扇出技术、扇入技术这些。

这些概念和缩写非常多，尤其是当谈到先进封装（Advanced Packaging）的时候，为了实现高密度集成以及快速信号传输这些需求，不得不在每一个地方都发展一些新的技术，很多情况下会把它们都并入到先进封装技术里来介绍，这有时候会引起一些困惑，这里主要整理一下IC封装里的互连技术。

在IC封装种几种典型的互连技术包括引线键合（Wire Bonding，WB）、载带自动焊（Tape-automated Bonding，TAB）、倒装芯片（Flip Chip，FC）、晶圆级封装（Wafer-Level Packaging，WLP）、以及硅通孔（Through Silicon Via，TSV）。

集成电路封装中的引线键合技术研究摘要：本文以集成电路封装系统为研究对象，对其中的引线键合技术的工艺内容进行研究分析。

在简要介绍引线键合技术基础的前提下，分析多种类型的键合技术，并重点在键合技术基础条件上，就温度、时间、键合工具、引线材料、键合机理这四方面内容进行细化说明。

关键词：集成电路；封装处理；引线缝合引言集成电路封装技术，受到电气设备高速发展的影响，在行业领域与科技条件的带动下，呈现出了高速率的发展条件。

为了适应整体行业的发展状态，需要对其中的技术条件进行升级，尤其在键合技术内容中，需在简要介绍基本概念内容的基础上，引出整体技术应用要点，为相关研究提供参阅材料。

一、引线键合技术概述引线键合技术，将技术细线作为材料与技术基础，通过对热、压力、超声波等能量条件的利用，实现金属引线与基板焊盘之间的紧密焊合状态。

此项技术，是芯片技术领域中极为常见的技术手段，是维护电力互联状态、执行信息通信功能的基础性技术条件。

在理性的控制状态下，引线与极板之间，会出现电子共享或原子扩散，并在联众金属间，出现原子量级的键合状态。

功能属性上，引线键合技术，将核心元件作为工作对象，对其行使导出与引入功能，以此展示自身技术条件在集成电路封装中的技术应用价值。

二、多类型键合技术分析集成电路的设置，可以分为多道操作工艺，并在磨片、划片、装片、烘箱、键合、塑封等多项技术工序中，完成整体的技术管理。

在IC封装技术条件下，芯片与引线之间的连接状态，是电源与信息号连接的基础，在连接方式上，呈现出倒装焊、载带自动焊、引线键合三种技术类型。

在应用条件上，引线键合表现出明显的技术优势。

而在传统封装条件下，引线键合技术也表现出一定的特异化内容，通常会使用球形焊接的流程工艺形式。

球形焊接技术，首先要设置第一点焊接，并将其位置固定在芯片表面。

然后通过线弧的成型处理，引导出第二点焊接，并将其设置在引线框架或者基板的表面。

技术原理上，通过离子化的空气间隙，引导出“电子火焰熄灭”现象，并在形成金属球的过程中，产生所谓的自由空气球，表现出技术条件下独有的特征属性。

浅析引线键合摘要：随着集成电路的发展, 先进封装技术不断发展变化以适应各种半导体新工艺和新材料的要求和挑战。

半导体封装内部芯片和外部管脚以及芯片之间的连接起着确立芯片和外部的电气连接、确保芯片和外界之间的输入/ 输出畅通的重要作用,是整个后道封装过程中的关键。

引线键合以工艺实现简单、成本低廉、适用多种封装形式而在连接方式中占主导地位, 目前所有封装管脚的90%以上采用引线键合连接[1]。

关键词：集成电路引线键合方向发展Abstract: with the development of integrated circuits, advanced packaging technology constantly changing to adapt to all kinds of semiconductor of new technology and new material requirements and challenges. Semiconductor package internal chip and the external pin and the connection between the chip having established chip and external electrical connection, ensure the chip and outside between the input / output smooth important role, the whole package after the road is the key process in the. Wire bonding technology to achieve a simple, low cost, suitable for various packaging forms and in a connection mode in the dominant, all current package pins above 90% using a wire bond connection [1].Key words: integrated circuit lead wire bonding direction目前封装形式一方面朝着高性能的方向发展，另一方面朝着轻薄短小的方向发展，对封装工艺圆片研磨、芯片粘贴、引线键合都提出了新的要求。

引线键合工艺介绍及质量检验引线键合工艺是一种广泛应用于电子元器件制造的连接技术，它通过金属引线的熔融连接实现芯片与外部电路的连接。

这种工艺具有高可靠性、低成本、高生产效率等优点，因此在电子产业中得到广泛应用。

本文将详细介绍引线键合工艺的过程、质量检验方法及其应用实例。

准备：包括芯片贴装、引线框架设计、选择合适的引线材料和键合设备等。

键合：通过加热或超声波能量使金属引线与芯片和外部电路键合。

检测：对键合后的产品进行外观和功能性检测。

封装：将检测合格的产品进行封装，以保护其内部电路并提高可靠性。

质量检验是保证引线键合工艺成品质量的重要环节。

以下是一些建议的质量检验步骤和方法：外观检测：通过目视或显微镜检查产品外观，判断是否有键合不良、毛刺、断线等问题。

功能性检测：利用检测仪器进行电气性能测试，确保产品在规定范围内正常运行。

X光检测：利用X光无损检测技术对产品内部结构进行观察，以发现潜在的内部缺陷。

可靠性测试：进行环境试验、寿命测试等，以评估产品的长期性能和可靠性。

微处理器封装：在微处理器封装中，引线键合工艺用于将芯片与外部电路进行连接，以确保微处理器能够正常工作。

传感器制造：在传感器制造中，引线键合工艺用于将敏感元件与信号处理电路进行连接，以提高传感器的精度和可靠性。

医疗设备制造：在医疗设备制造中，引线键合工艺用于将电子元件与医疗器械进行连接，以确保医疗器械的安全性和有效性。

引线键合工艺作为电子元器件制造中重要的连接技术，具有不可替代的地位。

通过对其工艺过程的了解和对其质量检验方法的掌握，有助于提高电子元器件制造的整体水平和产品的可靠性。

随着科技的不断发展，我们有理由相信，引线键合工艺将继续在未来的电子产业中发挥重要作用。

超声引线键合点是指通过超声波振动将金属导线与芯片或基板连接起来的连接点。

超声引线键合点的形态包括圆形、椭圆形、扁平形等，其中圆形是最常见的形态。

超声引线键合点的形态受多种因素影响，如键合工艺参数、金属导线材料、芯片或基板材料等。

引线键合(wire bonding，WB)引线键合的定义：用金属丝将芯片的I/O端（内侧引线端子）与相对应的封装引脚或者基板上布线焊区（外侧引线端子）互连，实现固相焊接过程，采用加热、加压和超声能，破坏表面氧化层和污染，产生塑性变形，界面亲密接触产生电子共享和原子扩散形成焊点，键合区的焊盘金属一般为Al或者Au等，金属细丝是直径通常为20~50微米的Au、Al或者Si—Al丝。

历史和特点1957 年Bell实验室采用的器件封装技术，目前特点如下：• 已有适合批量生产的自动化机器；• 键合参数可精密控制，导线机械性能重复性高；• 速度可达100ms互连（两个焊接和一个导线循环过程）；• 焊点直径：100 μｍ↘ 50μｍ，↘ 30 μｍ；• 节距：100 μm ↘55 μm，↘35 μm ；• 劈刀(Wedge,楔头)的改进解决了大多数的可靠性问题；• 根据特定的要求，出现了各种工具和材料可供选择；•已经形成非常成熟的体系。

应用范围低成本、高可靠、高产量等特点使得它成为芯片互连的主要工艺方法，用于下列封装（适用于几乎所有的半导体集成电路元件，操作方便，封装密度高，但引线长，测试性差）1.陶瓷和塑料BGA、单芯片或者多芯片2.陶瓷和塑料 (CerQuads and PQFPs)3.芯片尺寸封装 (CSPs)4.板上芯片 (COB)两种键合焊盘1.球形键合球形键合第一键合点第二键合点2.楔形键合楔形键合第一键合点第二键合点三种键合（焊接、接合）方法引线键合为IC晶片与封装结构之间的电路连线中最常使用的方法。

主要的引线键合技术有超音波接合（Ultrasonic Bonding, U/S Bonding）、热压接合(Thermocompression Bonding,T/C Bonding)、与热超音波接合(Thermosonic Bonding, T/S Bonding)等三种。

机理及特点1.超声焊接：超音波接合以接合楔头(Wedge)引导金属线使其压紧于金属焊盘上，再由楔头输入频率20至60KHZ，振幅20至200μm，平行于接垫平面之超音波脉冲，使楔头发生水平弹性振动，同时施加向下的压力。

引线键合技术
引线键合技术是一种微电子制造中常用的连接技术，其主要原理是通过高温、高压下将金属线与芯片内部电路连接起来。

这种技术具有高可靠性、高密度、低成本等优点，已经成为现代电子制造领域中不可或缺的一部分。

引线键合技术主要分为金线键合和铜线键合两种。

其中，金线键合适用于高端芯片，其使用金属线作为连接材料，可以实现更高的导电性能和更好的耐腐蚀性。

而铜线键合则适用于低端芯片，其使用铜线作为连接材料，成本更低，但相对导电性能和耐腐蚀性略有不足。

引线键合技术的发展是电子制造业不断进步的重要标志。

随着科技的不断发展，引线键合技术也在不断升级，成为连接芯片和封装的主流技术之一。

未来，引线键合技术将会更加高效、智能化，为电子制造业的发展带来更大的推动力。

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ＣｈｉｎａｌｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｌｔ１、引言随着集成电路（ＩＣ）工作频率或速度不断提高以及产品小型化的要求，封装成为高频集成电路设计的瓶颈，它在信号完整性、损耗等多方面影响电路的特性。

芯片与引线框架的互连技术是ＩＣ封装中极为关键的工艺步骤。

虽然目前已经开发了很多新的互连结构，例如互连点、凸点、按键结构、弹簧结构和柱状结构等，但是ＩＣ市场上引线键合技术因为其低成本和可靠的制造技术仍占主要地位［１］［２］。

ＩＣ发展对引线键合技术的挑战日益增大，尤其是在高速电子产品和射频（ＲＦ）产品上，因此，人们越来越关心封装键合线的高频性能［３］￣［７］。

本文主要研究了键合线的Ｓｐｉｃｅ模型和模型参数提取方法，建立了单个键合线的!型等效电路，给出了根据二端口Ｓ参数提取键合线等效电路模型中的Ｒ、Ｌ和Ｃ参量值的方法。

为了去除测试结构对键合线的影响，准确地获得键合线的Ｓ参数，在电路仿真和测试中使用了去嵌入（ｄｅ－ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ）技术。

最后设计了一个简单的低成本的测试结构，比较验证了仿真分析结果。

东南大学集成电路学院周燕南通大学专用集成电路设计重点实验室孙玲景为平IC封装中引线键合互连特性分析*摘要：研究了芯片封装中键合线的建模和模型参数提取方法。

根据二端口网络参量，提出了单键合线的"型等效电路并提取了模型中的Ｒ、Ｌ和Ｃ参量。

最后，设计出一个简单、低成本的测试结构验证了仿真分析结果。

关键词：封装，键合线，建模，参数提取，去嵌入ＣｈａｒａｃｔｅｒＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＢｏｎｄ－ＷｉｒｅｉｎＩＣＰａｃｋａｇｅＺＨＯＵＹａｎ［１］，ＳＵＮＬｉｎｇ［２］ＪＩＮＧＷｅｉｐｉｎｇ［２］（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２１００９６Ｎａｎｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ２．ＪｉａｎｇｓｕＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＫｅｙＬａｂｏｆＡＳＩＣＤｅｓｉｇｎ，ＮａｎｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２２６００７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒｗａｓｔｏｐｒｅｓｅｎｔａｐｒｅｐａｒａｔｏｒｙｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆＩＣｐａｃｋａｇｅｓｆｏｒｃｈｉｐ－ｐａｃｋａｇｅｃｏ－ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅｗｏｒｋｗａｓｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆｂｏｎｄ－ｗｉｒｅｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｗｏ－ｐｏｒｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ａｌｕｍｐｅｄ#－ｔｙｐｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｆｏｒａｓｉｎｇｌｅ－ｂｏｎｄ－ｗｉｒｅｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｄｔｈｅＲ，Ｌ，ａｎｄＣｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｂｏｎｄ－ｗｉｒｅｗｅｒｅｅｘｔｒａｃｔｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｓｉｍｐｌｅａｎｄｌｏｗｃｏｓｔｔｅｓｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｍａｄｅｆｏｒｖａｌｉｄａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄｍｏｄｅｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐａｃｋａｇｅ；Ｂｏｎｄ－ｗｉｒｅ；Ｍｏｄｅｌｉｎｇ；Ｐａｒａｍｅｔｅｒｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ；Ｄｅ－ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ＊基金项目：江苏省高新技术资助项目（ＢＧ２００５０２２），南通大学自然科学基金资助项目（０５Ｚ１１５）５５ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｉｃｍａｇ．ｃｏｍ（总第９０期）２００６·１１·（总第９０期）ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｉｃｍａｇ．ｃｏｍ２、键合线模型目前，全波分析方法被广泛应用在互连结构建模中。

集成电路封装中的引线键合技术集成电路封装中的引线键合技术2007-03-29 13:17集成电路封装中的引线键合技术黄⽟财1 程秀兰1 蔡俊荣2上海交通⼤学微电⼦学院（1. 上海交通⼤学微电⼦学院，上海200030 2. 星科⾦朋（上海）有限公司201702）摘要: 在回顾现⾏的引线键合技术之后,本⽂主要探讨了集成电路封装中引线键合技术的发展趋势。

球形焊接⼯艺⽐楔形焊接⼯艺具有更多的优势，因⽽获得了⼴泛使⽤。

传统的前向拱丝越来越难以满⾜⽬前封装的⾼密度要求，反向拱丝能满⾜⾮常低的弧⾼的要求。

前向拱丝和反向拱丝⼯艺相结合，能适应复杂的多排引线键合和多芯⽚封装结构的要求。

不断发展的引线键合技术使得引线键合⼯艺能继续满⾜封装⽇益发展的要求，为封装继续提供低成本解决⽅案。

关键词: 引线键合；球形焊接；楔形焊接；反向键合分类号：TN305 ⽂献标志码：BWire Bonding Technology in IC PackagingHuang Yucai1 Cheng Xiulan1 Cai Junrong2(1. School of Microelectronics, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 2000302. STATS ChipPAC Shanghai Co., Ltd, Shanghia, 201702)Abstract:After reviewing current wire bonding technology, wire bonding technology development trends are discussed. Ball bonding has more advantages than wedge bonding, so that it is widely used in IC Packaging. Traditional forward looping technology is becoming hard to meet high-density requirements of IC Packaging, and reverse looping can comparatively achieve very low loop height. Integrated forward looping and reverse looping, complex multi layer wire bonding and multi chip packaging can be achieved. Summarily, with continuously developing wire bonding technology, it can meet advanced packaging requirement and provide a low cost solution for packaging.Key words: Wire Bonding; Ball Bonding; Wedge Bonding; Reverse Bonding1. 封装技术简介IC封装就是将晶圆切割下来，再安装⾄引线框架（基板）上，并以⾦属丝或凸点连接裸芯⽚及引线框架或基板的线路，接着在晶粒外⾯包装绝缘的塑料或陶瓷外壳，就完成IC的封装，完成后再做⼀次测试，将不合格品挑出来。

中南大学本科毕业设计摘要摘要面向微电子、光电子制造工程技术，要发展高密互连技术，就必须研发高精度引线键合机。

本文设计针对50ⅹ180mm并排有五个芯片焊接的基板，采用气缸压缩，步进电机带动过片。

X、Y、轴二个方向的移动分别设计了移动平台，采用了步进电机带动滚珠丝杆的运动，把旋转转化成直线运动，进而精确控制其位移。

Z轴方向的移动平台采用直流电机带动，可以有效的防止损坏芯片。

由于引线键合的特征，特意在以上三平台外又设计了一个微动平台。

所设计的引线键合机，针对不同尺寸基板的引线键合，可以通过改换不同的正压板以及改变导轨宽度来完成键合。

基板的加热采用PID温控系统控制的热电偶来进行加热。

关键词：引线键合；自动走带；移动平台；加热平台；温控系统；AbstractFor microelectronics, optoelectronics manufacturing engineering technology, it is necessary to develop high-precision wire bonder to develop high-density interconnect technology. In this paper, the design of wire bonder is aimed at bonding substrate( 50 ⅹ180mm for side-by-side), the substrate is compressed by cylinder and driven by stepper motor. Mobile platforms are designed to move along the X、Y axis. Stepper motor drive ball screw, which turn rotation into linear motion, this can be precisely controlled. Mobile platform using DC motor drive, which move along Z-axis, which can effectively prevent damage to the chip. Due to the characteristics of wire bonding, Therefore a micro-platform is designed.Wire bonding machine in order to adapt to different types of substrates, which can change the pressure plate and the width guide to complete the bonding . Substrate heating system uses a PID temperature control system, which control thermocouple to heat.Key words: wire bonding; automatically go with; mobile platform; heating platform; temperature control system;第1章绪论1.1 微电子封装技术概论自1947年美国电报电话公司(AT&T)贝尔实脸室的三位科学家巴丁、布赖顿和肖克莱发明了第一只晶体管起，就同时开创了微电子封装的历史。

引线键合工作总结
引线键合是一种重要的工作方式，它可以帮助团队成员更好地协作，提高工作
效率。

在过去的一段时间里，我们团队通过引线键合的方式，取得了一些显著的成绩。

在这篇文章中，我将总结我们团队的引线键合工作方式，并分享一些成功的经验和教训。

首先，引线键合需要团队成员之间的密切合作和沟通。

在我们的团队中，我们
建立了一个定期的沟通机制，每周我们都会举行团队会议，讨论工作进展、遇到的问题以及下一步的计划。

这种定期的沟通可以帮助我们及时了解团队成员的工作情况，发现问题并及时解决，确保工作的顺利进行。

其次，引线键合还需要团队成员之间的相互信任和支持。

在我们的团队中，我
们鼓励团队成员之间相互帮助，分享经验和资源。

在工作中遇到问题时，我们不会孤立地去解决，而是会向团队成员寻求帮助，这样可以更快地找到解决问题的方法，避免浪费时间和精力。

另外，引线键合还需要团队成员之间的有效协作。

在我们的团队中，我们会根
据各自的优势和特长分配任务，确保每个人都能发挥自己的长处，为团队的工作贡献力量。

同时，我们也会定期进行工作总结，分享工作成果和经验，这样可以让团队成员之间相互学习，不断提高工作能力。

总的来说，引线键合是一种非常重要的工作方式，它可以帮助团队成员更好地
协作，提高工作效率。

在我们的团队中，通过引线键合的方式，我们取得了一些显著的成绩，这得益于团队成员之间的密切合作、相互信任和有效协作。

希望我们团队在未来的工作中，能够继续保持这种引线键合的工作方式，取得更好的成绩。