黃瑋 崔喬冬 陳廣 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

1 引言

隨著信息時(shí)代發(fā)展，集成電路芯片的重要性日益突顯，在日常生活和工作的方方面面都離不開(kāi)集成電路芯片。集成電路芯片的生產(chǎn)制造可以分為前道和后道兩大工序。前道工序主要是通過(guò)光刻，刻蝕，摻雜等多種工藝工序手段在硅圓片表面得到對(duì)應(yīng)于電路的圖形結(jié)構(gòu)，從而在硅片上建立電路電學(xué)連接，實(shí)現(xiàn)性能。而后道工藝主要是通過(guò)封裝，給芯片加上保護(hù)外殼，可以保護(hù)內(nèi)部芯片不易受到損傷，同時(shí)也便于裝配，運(yùn)輸，散熱等等。

在進(jìn)行后道工序的加工過(guò)程中，有一個(gè)非常關(guān)鍵的核心步驟，就是要將引線框架（保護(hù)外殼）的引腳與內(nèi)部芯片的焊盤(pán)焊點(diǎn)相連接，實(shí)現(xiàn)電學(xué)信號(hào)的傳輸，這個(gè)步驟就稱(chēng)為鍵合（bonding）。

2 引線鍵合

隨著集成電路的發(fā)展，現(xiàn)如今有了很多新型的封裝形式，但是傳統(tǒng)的引線鍵合并沒(méi)有被完全取代，即使在很多高線封裝形式中，也依然存在引線鍵合，如TechSearch International（TSI）的總裁Jan Vardaman說(shuō)，“閃存、某些新型傳感器都會(huì)用到鍵合線，一些封裝實(shí)際上有內(nèi)置的鍵合線?！?/p>

在典型的引線鍵合流程中，先將芯片附接在框架上。然后使用引線鍵合設(shè)備將導(dǎo)線從系統(tǒng)中的線軸送入細(xì)管中，通過(guò)加熱等方式使得導(dǎo)線的末端形成一個(gè)小球。再用國(guó)將焊球焊接在焊接面，實(shí)現(xiàn)芯片焊點(diǎn)與框架間的電學(xué)連接，如圖1所示。

圖1 芯片中的引線鍵合

引線鍵合中所采用的引線包括金絲、銅絲、金銀合絲、鍍鈀銅絲等引線。其中應(yīng)用最多的為金絲和銅絲。金絲作為引線有很優(yōu)點(diǎn)，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不容易發(fā)生氧化、延展性好有利于加工成適合鍵合的金絲。直到2010，行業(yè)內(nèi)以引線鍵合為基礎(chǔ)的封裝主要使用的還是金線鍵合，但當(dāng)金價(jià)飆升時(shí)，鍵合產(chǎn)品由金線向銅線轉(zhuǎn)移。由于銅比黃金便宜，芯片制造商的封裝成本得以降低。

銅絲的導(dǎo)電性非常好，但是銅材料本身極易發(fā)生氧化，所以在鍵合的過(guò)程中很容易發(fā)生斷絲，所以在鍵合過(guò)程中，一般每48小時(shí)都要換一次線。

目前的引線鍵合中約有70%采用的是銅絲，剩余的以金絲與銀絲為主，例如在汽車(chē)電子領(lǐng)域金絲應(yīng)用依然很普遍，而在內(nèi)存封裝中也經(jīng)常會(huì)用到銀絲。

3 引線鍵合中常見(jiàn)問(wèn)題

在進(jìn)行鍵合的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。

3.1 EFO打火桿高度不合適

打火桿是通過(guò)尖端高壓放電，使金絲等引線材料融熔成球的過(guò)程。打火桿的高度必須要 在合適的高度，以確保焊針尖端就在EFO打火桿尖端的上面。從打火桿尖端中心到引線材料表面的距離應(yīng)該在6.86mm左右，一般可接受的范圍是6.60～7.11mm。

如果打火桿高度不在范圍內(nèi)，需要進(jìn)行調(diào)整，在焊機(jī)設(shè)置中移動(dòng)夾鉗，使EFO打火桿被定位在夾鉗的平面上方，在EFO打火桿和夾鉗表面之間插入一個(gè)墊片，并通過(guò)各方向調(diào)節(jié)螺絲，使打火桿達(dá)到合適高度，停在墊片上，可以根據(jù)實(shí)際情況，選取不同厚度的墊片，以滿足打火桿的高度要求。

3.2 NSOP錯(cuò)誤

NSOP是指Non-stick on pad，也就是焊盤(pán)不粘的情況，可能是焊線焊接時(shí)出現(xiàn)焊盤(pán)不粘或者是成球焊接時(shí)出現(xiàn)芯片焊盤(pán)不粘。在加工過(guò)程中，NSOP錯(cuò)誤有真NSOP錯(cuò)誤和假NSOP錯(cuò)誤兩種。

引發(fā)NSOP報(bào)錯(cuò)的可能原因有很多，假如在焊接初始接觸時(shí)的壓力值不合適，就會(huì)影響到焊球形狀，導(dǎo)致NSOP報(bào)錯(cuò)；焊接焊墊如果沒(méi)有正確固定，或者芯片出現(xiàn)翹曲，就會(huì)影響到焊接的平整性和平坦度，導(dǎo)致報(bào)錯(cuò)；假如出現(xiàn)芯片上的焊盤(pán)受到污染，或者焊接引線受到污染，或者是芯片表面金屬化的完成度有問(wèn)題等情況，也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)NSOP報(bào)錯(cuò)。

當(dāng)出現(xiàn)真性錯(cuò)誤時(shí)，首先根據(jù)上述可能原因去查找問(wèn)題，確定問(wèn)題所在后，及時(shí)進(jìn)行針對(duì)性處理，例如校正焊墊夾具，檢查焊針，焊接引線，根據(jù)情況清潔或者更換物料，手動(dòng)補(bǔ)焊等，檢查流程可以參考圖2。

圖2 NSOP的解決方法

但是有時(shí)在操作運(yùn)行過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)假的NSOP報(bào)錯(cuò)情況，可能是由于不同芯片的阻抗變化或電容變化不同而導(dǎo)致的，排查出是假性錯(cuò)誤時(shí)，一般可以直接繼續(xù)操作，如果在不同芯片加工時(shí)持續(xù)出現(xiàn)假性錯(cuò)，可以暫時(shí)關(guān)閉BITS系統(tǒng)（焊接完整性測(cè)試系統(tǒng)）。

4 結(jié)論

本文主要介紹了芯片引線鍵合，以及在鍵合操作過(guò)程中常見(jiàn)的問(wèn)題，通過(guò)分析導(dǎo)致問(wèn)題的可能原因，從而進(jìn)一步提出了排查及解決問(wèn)題的主要方法。