三大引线材料、工艺助力陶瓷封装键合工艺

在陶瓷封装工艺中，引线键合互连技术是指采用金线、铝丝或铜丝等金属丝将芯上的PAD（焊盘）与基板上的LEAD（键合指）连接起来，实现芯片功能的输出。  

引线键合技术是一种固相键合方法，其基本原理是：在键合过程中，采用超声、加压和加热等方式破坏被焊接表面的氧化层和污染物，产生塑性变形，使得引线与被焊接面亲密接触，达到原子间的引力范围并导致界面间原子扩散而形成有效焊接。  三大键合金属引线——金、铝、铜

金属引线要考虑芯片类型、封装种类、焊盘大小、金属引线直径、焊接方法，以及金属引线的抗拉强度和伸长率等有关信赖度的指标。典型的引线材质有金、铝和铜。   金丝的导电性好，化学性很稳定，耐腐蚀能力也很强。在一次键合中可以很好地形成球状，并能在二次键合中恰到好处地形成半圆形引线环（Loop，从一次键合到二次键合金丝形成的形状）。   铝丝比金丝直径大，纯铝丝则很容易断裂。铝丝主要用于高温封装（如Hermetic）或超声波法等无法使用金丝的地方。   铜丝虽价格低，但硬度太高，不容易形成球状，焊盘底部的薄膜会出现裂纹。尽管如此，由于芯片的金属布线都是由铜制成的，所以如今越来越倾向于使用铜丝。  热压、超声焊接、热超声波三大键合工艺

引线键合法 图源自SK海力士   超声键合：超音波接合以接合楔头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。使得劈刀在这两种力作用下带动引线在焊区金属表面迅速摩擦，引线受能量作用发生塑性变形，在25ms内与键合区紧密接触而完成焊接。  

图源自网络   热压键合：金属线过预热至约300至400℃的氧化铝Al2O3制成的瓷嘴，再以电火花或氢焰将金属线烧断并利用熔融金属的表面张力效应使线之末端成球状，键合头再将金属球下压至已预热至约150至250℃的第一金属焊盘上进行球形结合。在结合时，球点将因受压力而略为变形，此一压力变形之目的在于增加结合面积、减低结合面粗糙度对结合的影响、穿破表面氧化层及其可能阻碍结合之因素，以形成紧密之结合。  

图源自网络   热超声波键合：为热压结合与超音波结合的混合方法。热超音波结合也先在金属线末端成球，再使用超声波脉冲进行导线材与金属接点间之结合。热超音波结合的过程中结合工具不被加热而仅仅是结合之基板维持在100至150℃的温度，此一方法除了能抑制结合界面介金属化合物之成长之外，并可降低基板的高分子材料因温度过高而产生劣化变形的机会，因此热超音波结合通常应用于结合困难度较高的封装连线。  

审核编辑 ：李倩