金丝球焊接工艺.pdf

1、 易飞扬通信（）全球光互连技术革新者 1 金丝球焊接工艺金丝球焊接工艺 随着金丝球焊技术的发展，金丝球焊已经成为目前光器件内部微小元件电路连接的主要焊接方式。随着速率的提升，光器件封装对于金丝球焊的要求也越来越高。因此，我们的工艺人员有必要从金丝球焊的原理和设备上有更深入的认识，我们的一线金丝球焊员工必须对焊接过程、焊接方法和焊接质量的评定有一定的了解。金球 金丝在瞬间高电压下产生大电流使金丝自身溶化，并在尾部形成的金球，英文简称 FAB,如图1 图 1 图 2 金丝球焊是利用压力，功率，时间，温度和超声波能量使得金球和被焊接金属表面形成共晶层，以金丝连接元件达到元件间电路连接之目的的方法，如

2、图3。图 3 劈刀 金丝球焊过程中所用到的将金丝焊接到焊盘上的锥形载体，主要成分是氧化铝陶瓷材料，英文名称Capillary，如图2。球径 金丝球焊工艺中所形成的实际球型的直径，如图4中A所示。球厚 易飞扬通信（）全球光互连技术革新者 2 金丝球焊工艺中所形成的实际球型的厚度，如图4中B所示。弧高 金丝球焊工艺中所形成的从焊盘到金丝弧顶的高度，如图5中C所示。鱼尾宽度和长度 金丝球焊工艺中所形成的第二焊点鱼尾状焊接面的宽度和长度，如图6中D和E所示。金丝球焊机类型，工作环境及其组成结构 业内目前用的金丝球焊设备有全自动和半自动两种备，图7-1是KaijoF880型全自动球焊机；图7-2是Wes

3、tbond7700型半自动球焊机。图7-1 易飞扬通信（）全球光互连技术革新者 3 图7-2 设备要求 a)整机具有可靠接地系统；b)超声时间：分级可调；c)超声功率：分级可调；d)焊接压力：分级可调；e)烧球电流：分级可调；f)烧球时间：分级可调；g)烧球尾丝长度：可手动调整或分级可调；h)焊接温度：0 250可调；i)显微镜：550倍可调整，焦距可调整 工作环境：万级以上的无尘室。金丝球焊机结构 按照设备功能来分可以分为：烧球系统、输线系统、加热系统、超声传导系统、目视系统、软硬件操作系统。烧球系统 球焊机利用打火杆产生的瞬间高电压溶化金丝形成金球。输线系统 保证金丝与焊接面间的角度不变，

4、每次出线的长度一致。加热系统 为焊接提供温度保证。超声传导系统 超声发生部件通过超声传导杆的作业将超声能量和压力传给劈刀，劈刀再作用于金球与焊盘上，以形成有效焊接。目视系统：易飞扬通信（）全球光互连技术革新者 4 主要是体式显微镜，为操作员提供放大的焊接图像，利于操作。软硬件操作系统：参数的调节和焊点的定位及弧高的控制。金丝球焊机工作时序 金丝球焊机按照烧球、一焊、拉线弧、二焊、切线尾、烧球的顺序完成一次焊线，按照此模式重复以上步骤，完成连续的焊线工作，如图8-1。图8-1 金丝球焊机参数设置及劈刀、金丝的选用 金丝的选用 金丝纯度要求99.9%以上，直径可选18um、20um、23、25um

5、，目前我司主选18um 和25um。劈刀的选用 劈刀的选择重点需确定劈刀的H、CD、T 三大参数。其中H 等于1.2-1.5 倍金丝直径；CD 等于1/2-2/3倍焊盘大小；T 需根据所做产品二焊的需求来选定。易飞扬通信（）全球光互连技术革新者 5 工艺参数的设置 根据不同的产品，其参数需做DOE 来确定，主要管控参数为Power、Force、Time。在参数设置过程中，可参照下述调整方法：外观标准 球径大小 球径大小应该满足大于金丝直径的2 倍且小于金丝直径的5 倍，如图9 所示 图9 球厚大小 球厚应该满足大于球径的1/6 且小于球径的1/3，且不得大于2 倍线径 金球过薄 球厚适合 易飞

6、扬通信（）全球光互连技术革新者 6 第一焊点位置 1）不允许焊点偏位连接到另一焊盘或其他金属区造成短路，如图11所示；图11 球偏造成不同焊盘短路，不合格 至少有75%以上的金球在焊盘内，如图12 所示。75%金球位于焊盘内，合格 仅50%金球位于焊盘内，不合格 图12 第二焊点位置 1）对于区域B，不允许任何键合区超出焊盘。2）对于区域A 和C，允许1/2 键合区域超出焊盘，但必须通过金线拉力测试，如图13 所示 易飞扬通信（）全球光互连技术革新者 7 图13 球型 1）第一焊球的金线与金球接触的面积必须完全在球型上。2）第一焊球的金线必须完全在焊盘的区域之上，如图14 所示 金线不完全在球

7、型上,不合格 金线完全在球型上,合格 图14 鱼尾宽度、长度和形状 1）鱼尾的宽度应该满足大于金线直径的1.2倍且小于金线直径的5倍。2）鱼尾的长度应该满足大于金线直径的0.5倍且小于金线直径的3倍。3）鱼尾压痕必须覆盖整个金线的宽度，如图15所示。图15 线间距 1）任何线与线之间的距离必须大于2 倍金丝直径；2）任何线与管芯、IC、陶瓷、电容的距离必须大于2 倍金丝直径，如图16 所示。易飞扬通信（）全球光互连技术革新者 8 金线离IC 太近,不合格 金线间距太小,不合格 图16 线受损与金线断裂 金线受损超过金线直径的1/4为不可接受；2）不允许有金线断裂，如图17所示。3）球颈部线径变

8、小：最细部线径，即金丝直径减少不能超过25%金线断裂,不合格 图17 球颈或鱼尾撕裂 1）金球的颈部不允许有裂痕；2）鱼尾不允许有裂痕，如图18所示。易飞扬通信（）全球光互连技术革新者 9 鱼尾撕裂,不合格 球颈撕裂,不合格 图18 弧高与塌线 1）弧高必须在50-300um之间；2）球根部到金丝开始弯曲的部分的距离至少大于一倍线径，不允许金丝无弧度；3）不允许有塌线，如图19 所示。弧度过高,不合格 金线下塌,不合格 图19 焊线数量 不允许出现少焊线、多焊线、焊线连接错误、未焊线的情况 尾丝长度 残余线尾的长度在焊盘上的不得大于二倍线径；在管柱上的不得大于4 倍线径，如图20 所示 易飞扬

9、通信（）全球光互连技术革新者 10 尾丝过长,不合格 图20 焊点脱落 不允许有一焊点脱落或二焊点脱落的现象，如图21 所示。球脱,不合格 二焊脱,不合格 焊点下异物 第一焊点和第二焊点的下面必须是完整的金属层，不允许焊在导电胶、焊料或是异物上。重复焊接 不允许在同一处重复焊接。拉力测试标准 拉力最小值与金线直径的对应关系，如表1 易飞扬通信（）全球光互连技术革新者 11 拉力测试失效模式 如图21 所示，球焊拉力测试后断裂模式a-1,a-2,是合格断裂模式；断裂模式a-3,a-4,a-5,a-6,a-7,a-8 是不合格断裂模式 拉力测试方法 拉钩的角度必须是90 度，如图22 所示。易飞扬通信（）全球光互连技术革新者 12 剪切力测试标准 易飞扬通信（）全球光互连技术革新者 13 B-1：推球后，焊盘表面无金层残留，不合格模式 B-2：推球后，焊盘下底材脱落，不合格模式。易飞扬通信（）全球光互连技术革新者 14 B-3：推球后，焊盘脱落，不合格模式 B-4：推球后，焊盘表面有金层残留，合格模式