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散，形成焊點。

2.關(guān)鍵影響因素

熱壓鍵合對材料有較高要求。例如：

• Au-Ag、Au-Cu等可形成固溶體的金屬組合，擴散性好，焊接性能優(yōu)良；
• Au-Si、Al-Si等可形成低熔點共晶，也具備良好的可焊性；
• 而如Au-Al、Cu-Al等通過擴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)：

• 鍵合時間：時間延長有助于提高變形率和連接強度；
• 鍵合力：需精確控制，過大可能損傷芯片，過小則連接不牢；
• 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：任何污染都會顯著降低焊接強度。
  

4.特點優(yōu)勢：

工藝簡單，無方向性，金-金鍵合穩(wěn)定。

劣勢：

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

二、超聲鍵合

1.原理

常溫下，超聲振動使氧化膜破碎，純凈金屬面摩擦生熱并擴散，實現(xiàn)連接。過程分兩段：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，滑動階段縮短；

變形幅度：

強度隨變形增加而提升，但超過絲材承載極限時斷裂；

后加熱：

可進(jìn)一步促進(jìn)擴散，提升接頭強度。

3.特點優(yōu)勢：

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

劣勢：

對表面粗糙度敏感；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)。它同時利用熱、壓力和超聲波能量，在較低溫度和壓力下實現(xiàn)高質(zhì)量連接。

2.典型工藝流程

• 穿線：引線穿過劈刀，伸出長度決定后續(xù)球尺寸；
• 形成球：通過EFO（電子火焰熄滅）放電將引線端部熔成球狀；
• 對位：球移動到焊盤上方；
• 第一焊點：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：劈刀上升并移動到第二焊點位置，形成特定拱形；
• 第二焊點：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)鍵影響因素超聲時間：

過長易損焊盤，過短擴散不足；

變形量：

有效鍵合面積隨變形增大而增加，強度提升。

4.特點優(yōu)勢：

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

劣勢：

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