干货!金丝键合射频互连线特性分析

收稿日期:2021-02-22金丝引线键合失效的主要因素分析常亮，孙彬，徐品烈，赵玉民，张彩山(中国电子科技集团公司第四十五研究所,北京100176)摘要:通过对金丝引线键合工艺失效模式的研究,分析影响金丝引线键合失效的各种因素,并提出相应的解决措施。

为金丝引线键合的实际操作和理论学习提供技术指导,从而更好的降低键合器件的失效率、提高键合产品的成品率和键合效率。

关键词:引线键合;键合失效;球键合;楔形键合中图分类号:TN305.96文献标志码:B文章编号:1004-4507(2021)02-0023-06Analysis on Main Factors of Gold Wire Bonding FailureCHANG Liang ，SUN Bin ，XU Pinlie ，ZHAO Yumin ，ZHANG Caishan(The 45th Research Institute of CETC ，Beijing 100176，China )Abstract:By studying the failure mode of gold wire bonding process ，this paper analyzes various factors affecting the failure of gold wire bonding ，and puts forward corresponding solutions.To provide technical guidance for the practical operation and theoretical study of gold wire bonding ，so as to better reduce the failure rate of bonding devices and improve the yield of bonding products.Key words:Wire bonding ；Bonding failure ；Ball bonding ；Wedge bonding引线键合（Wire Bonding ）是半导体封装中重要的工艺技术之一，目的是将金属引线的两端分别与芯片和管脚焊接从而形成电气连接。

微组装技术中金丝键合工艺研究作者：蒯永清来源：《西部论丛》2017年第08期摘要：随着科学技术的发展，我国的微组装工艺有了很大进展，在微组装工艺中，金丝键合是一道关键工艺。

金丝键合质量的好坏直接影响微波组件的可靠性以及微波特性。

对金丝键合工艺的影响因素进行了分析，并通过设计实验方案对25μm金丝进行键合实验。

对键合金丝进行拉力测试，测量结果全部符合军标GJB548B-2005要求。

根据测量结果寻求最佳键合参数，对实际生产具有一定的指导意义。

关键词：微组装技术金丝键合参数提取引言引线键合实现了微电子产品优良的电气互连功能，在微电子领域应用广泛。

自动引线键合技术作为一种先进的引线键合技术具有绝对优势。

自动键合技术是自动键合机执行相应的程序，自动完成引线键合过程。

自动键合具有可控化、一致性好和可靠性高等优势。

随着电子封装技术的不断发展，微波组件正在不断向小型化、高密度、高可靠、高性能和大批量方向发展，对产品的可控化、高一致性、高可靠性和生产的高效率都提出了更高的要求，顺应发展趋势实现自动化生产已成为一种趋势。

所以，对自动化键合工艺的研究和优化是非常有必要的。

1金丝键合工艺简介金丝键合指使用金属丝（金线等），利用热压或超声能源，完成微电子器件中固电路内部互连接线的连接，即芯片与电路或引线框架之间的连接。

金丝键合按照键合方式和焊点的不同分为球键合和楔键合。

2金丝键合质量的影响因素2.1劈刀劈刀是金丝键合的直接工具，楔焊劈刀用于金丝、金带、铝丝、铝带等键合，主要分为深腔、非深腔、粗铝、金带/铝带键合等几大类，多为钨钢材料，刀头部分材料为陶瓷。

在一个完整的楔形键合中，第1键合点的键合强度主要受到劈刀的后倒角（BR）和键长（BL）、劈刀在键合第1点后上升过程、拉弧过程所产生的摩擦及拉力、线夹打开的宽度等因素的影响。

如果BR太小，则劈刀后倒角区域较锋利，就会导致第1键合点的根部较脆弱，在拉力测试实验中容易在此位置断裂。

第30卷　第6期2007年12月电子器件Ch inese Jou r nal Of Elect ro n DevicesVol.30　No.6D ec.2007A nalysis and Optimal Desig n ofB o nding Interco nnects i n L TCC Mi llimeter Wave 3L I Cheng 2g uo ,M U S ha n 2x ia n g ,Z H A N G Zho ng 2ch ua n ,Z H A O Hon g 2mei(Dept.of Elect ron.En g.,Nanj i ng Uni versi t y of Sci enence &Technolog y ,Nanj i ng 210094,Chi na)Abstract :Bonding i nte rco nnect i s t he critical techni que for realizi ng int erconnect of milli meter wave mult i 2chip module.Di st ance s of bondi ng i nt erconnect and dimensions of bondi ng pa ds ha ve i mport ant effect s on it s millimet er wave characteri mercial 3D el ect romagnetic anal ysi s soft ware was used t o mo del and a nal ysi s for t he millimet er wave charact eri stic s of bonding interconnect in low temperat ure co 2fi red ce 2ramics.The wires of bondi ng int erconnect de si gned by a 5order low 2pa ss fi lte r model maximize bond 2wi re lengt h and la nding pad size to t he alleviate i nfl uence of error ,improvi ng accuracy and reliabilit y.A mo del of bondi ng wire i nt erconnect s for millimete r wave applicat io n is const r uct ed ,which i s ba sed o n neural net 2work met hods.Wit h t he resul t s f rom IE3D analyses a s t he learni ng procedures of t he neural net work ,t he parameter s opti mized by genet ic al gorit hm i s obtained ,which short s design ti me.K ey w or ds :bonding i nt erconnect ;low pass fil ter ;L TCC ;t uning st ub ;neural net wor k ;genet ic algori t hm EEACC :1350H基于L TCC 技术的毫米波键合金丝的分析与优化设计3李成国,牟善祥,张忠传,赵红梅(南京理工大学电子工程系,南京210094)收稿日期282基金项目国防基金资助项目作者简介李成国(2),男,博士生,主要从事相控阵雷达技术研究,j @63。

键合金丝用途介绍1. 引言键合金丝是一种用于电子封装技术中的关键材料，广泛应用于半导体芯片的制造过程中。

本文将详细介绍键合金丝的定义、分类、特性以及在电子封装中的主要用途。

2. 键合金丝的定义和分类键合金丝，又称焊线或焊丝，是一种用于芯片封装过程中连接芯片与封装基板之间的关键材料。

根据不同的材质和制造工艺，键合金丝可以分为以下几类：2.1 铜线铜线是最常见和广泛使用的键合金丝之一。

它具有良好的导电性能和可焊性，适用于大多数晶圆制造工艺。

铜线通常分为纯铜线和镀铜线两种类型。

2.2 金线金线是一种高档次的键合金丝材料，具有优异的导电性能和可靠性能。

由于其昂贵的成本，金线主要应用于高端芯片制造领域，如高频射频芯片、光通信芯片等。

2.3 铝线铝线是一种低成本的键合金丝，适用于一些对导电性能要求不高的应用场景。

然而，铝线的可靠性相对较差，容易受到氧化和应力影响。

2.4 其他材料除了铜、金、铝之外，还有一些特殊材料的键合金丝被广泛使用，如合金线、镍线等。

这些特殊材料的键合金丝通常具有特定的物理和化学性质，以满足某些特殊应用领域的需求。

3. 键合金丝的特性键合金丝作为芯片封装中的重要材料，具有以下主要特性：3.1 导电性能键合金丝需要具备良好的导电性能，以确保信号传输的可靠性和稳定性。

不同材质的键合金丝在导电性能上有所差异。

3.2 可焊接性键合金丝需要具备良好的可焊接性，以确保与芯片引脚或封装基板之间形成可靠连接。

不同材质和直径的键合金丝在可焊接性上也有所差异。

3.3 可靠性键合金丝需要具备良好的可靠性，能够承受温度、湿度、机械应力等环境因素的影响，保持连接稳定并不易断裂。

3.4 尺寸和直径键合金丝的尺寸和直径对于芯片封装工艺至关重要。

不同封装工艺和应用场景需要选择适当直径和长度的键合金丝。

4. 键合金丝在电子封装中的主要用途键合金丝在电子封装中有多种重要用途，下面将详细介绍其中几个主要应用：4.1 芯片与引脚连接键合金丝被广泛应用于芯片与引脚之间的连接，通过焊接或压力焊等方式实现芯片与封装基板之间的电气连接。

键合金丝概况一、简要说明：1、键合金丝概念以及其应用键合是集成电路生产中的一步重要工序,是把电路芯片与引线框架连接起来的操作。

键合丝是半导体器件和集成电路组装时为使芯片内电路的输入/ 输出键合点与引线框架的内接触点之间实现电气链接而使用的微细金属丝内引线。

键合效果的好坏直接影响集成电路的性能。

键合丝是整体IC封装材料市场五大类基本材料之一，是一种具备优异电器、导热、机械性能并且化学稳定性极好的内引线材料,是制造集成电路及分立器件的重要结构材料,键合丝主要用于各种电子元器件,如二极管、三极管、集成电路等。

下面的截面示意图描绘了半导体元件中各部分间的结构关系：2、性能要求以及测试方法标准键合金丝类型、状态、各项要求与其中部分测试方法、包装等均在中华人民共和国国家标准《GB/T 8750-2007 半导体器件用键合金丝》列出：图2 国家标准《GB/T 8750-2007 半导体器件用键合金丝》Pull strength: 抗拉强度，强度越高，可以实现更快速的键合FAB formation：自由空气球形球质量Gas cost: 保护气体成本，FAB形成时是否需要保护气体以及气体成本，Au丝不要保护气HTS：high temperature storage 性能，焊点可靠性Storage：库存成本Price：价格1 bond margin: 第一焊点——球焊点形成后，边缘直径，对于焊盘间距的设计非常重要Squashed ball deviation: FAB在超声和压力的作用下与芯片上焊盘键合后，变成的扁平球（Squashed ball），在进行大量键合后Squashed ball 尺寸的分散度，对于实际生产的质量控制非常关键3、客户以及相关信息表1 2010年键合丝用户及相关信息列表4、竞争对手以及行业标杆1.贺利氏：目前世界最大的键合金丝生产厂家，在中国有常熟和招远两个工厂，键合丝业务涉及金丝、铜丝、铝丝。

毫米波微带键合金丝互连模型的研究下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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几种键合引线的详细对比-键合金丝/键合铜线/铝键合线键合金丝, 作为应用最广泛的键合丝来说,在引线键合中存在以下几个方面的问题:1, Au2Al 金属学系统易产生有害的金属间化合物[ ,这些金属间化合物晶格常数不同,力学性能和热性能也不同,反应时会产生物质迁移,从而在交界层形成可见的柯肯德尔空洞( Kirkendall Void) ,使键合处产生空腔,电阻急剧增大,破坏了集成电路的欧姆联结,导电性严重破坏或产生裂缝,易在此引起器件焊点脱开而失效。

2, 金丝的耐热性差,金的再结晶温度较低(150 ℃) ,导致高温强度较低。

球焊时,焊球附近的金丝由于受热而形成再结晶组织,若金丝过硬会造成球颈部折曲;焊球加热时,金丝晶粒粗大化会造成球颈部断裂;3, 金丝还易造成塌丝现象和拖尾现象,严重影响了键合的质量;4, 金丝的价格昂贵,导致封装成本过高。

键合铝线, Al21 %Si 丝作为一种低成本的键合丝受到人们的广泛重视,国内外很多科研单位都在通过改变生产工艺来生产各种替代金丝的Al21 %Si 丝,但仍存在较多问题: 1, 普通Al21 %Si 在球焊时加热易氧化,生成一层硬的氧化膜,此膜阻碍球的形成,而球形的稳定性是Al21 %Si 键合强度的主要特性。

实验证明,金丝球焊在空气中焊点圆度高,Al21 %Si 球焊由于表面氧化的影响,空气中焊点圆度低;2, Al21 %Si 丝的拉伸强度和耐热性不如金丝,容易发生引线下垂和塌丝;3, 同轴Al21 %Si 的性能不稳定,特别是伸长率波动大,同批次产品的性能相差大,且产品的成材率低,表面清洁度差,并较易在键合处经常产生疲劳断裂。

键合铜丝, 早在10 年前,铜丝球焊工艺就作为一种降低成本的方法应用于晶片上的铝焊区金属化。

但在当时行业的标准封装形式为18～40 个引线的塑料双列直插式封装(塑料DIP) ,其焊区间距为150～200μm , 焊球尺为100～125μm ,丝焊的长度很难超过3 mm。

毫米波芯片金丝键合与微带平面相同随着无线通信技术的不断发展，尤其是5G网络的兴起，毫米波技术逐渐成为研究的热点。

而在毫米波通信中，芯片的设计和制造显得尤为重要。

其中，金丝键合和微带平面是两种常用的芯片连接方式，它们在毫米波芯片设计中起着重要的作用。

我们先来了解一下金丝键合技术。

金丝键合是一种常用的芯片连接方式，它利用金丝将芯片与封装基板之间连接起来。

金丝键合技术具有连接可靠、传输速率快等优点，因此在微电子领域得到广泛应用。

在毫米波芯片设计中，金丝键合技术同样发挥着重要的作用。

通过金丝键合技术，可以将毫米波芯片与封装基板之间进行可靠的连接，保证信号的传输质量。

然而，金丝键合技术也存在一些问题。

首先，金丝键合技术在毫米波频段下的传输性能有限，容易受到信号衰减和反射等影响。

其次，金丝键合技术需要高精度的设备和工艺，成本较高。

因此，在一些对成本和性能要求较高的应用场景下，金丝键合技术并不是最佳选择。

与金丝键合技术相比，微带平面技术具有更好的传输性能和成本优势。

微带平面技术是一种将微带线与芯片相连的方法，通过板上的导体与封装基板上的金属层相连接，实现信号的传输。

微带平面技术具有传输损耗低、频带宽、制造成本低等优点。

在毫米波芯片设计中，微带平面技术可以实现毫米波信号的高速传输和低损耗。

除了金丝键合和微带平面技术外，还有其他一些芯片连接方式，如COB（Chip on Board）和SMT（Surface Mount Technology）等。

这些连接方式各有优劣，适用于不同的应用场景。

在选择芯片连接方式时，需要综合考虑信号传输性能、制造成本和可靠性等因素。

毫米波芯片金丝键合与微带平面是两种常用的芯片连接方式。

金丝键合技术具有传输可靠、速率快等优点，但在毫米波频段下存在传输性能有限和成本较高的问题。

而微带平面技术具有传输性能好、成本低等优势，适用于毫米波芯片设计。

在选择芯片连接方式时，需要根据具体的应用场景和需求来决定，以实现最佳的性能和成本效益。