超声波压焊超声波压焊

(Wire Bonding)是一种初级内部互连方法，用作连到实际的裸片表面或器件逻辑电路的最初一级的内部互连方式，这种连接方式把逻辑信号或芯片的电讯号与外界连起来。其它的初级互连方式包括倒装芯片和卷带自动焊接(TAB)，但是超声波压焊在这些连接方法中占有绝对优势，所有互连方式中有90%以上都是用这种方法。在这个数字中又有约90%采用金线超声波压焊，其余的则使用铝及其它贵金属或近似贵金属的材料。

超声波压焊用于芯片到基板、基板到基板或者基板到封装的连接，它有两种形式：球焊和楔焊。 金丝球焊是最常用的方法，在这种制程中，一个熔化的金球黏在一段在线，压下后作为第一个焊点，然后从第一个焊点抽出弯曲的线再以新月形状将线(第二个楔形焊点)连上，然后又形成另一个新球用于下一个的第一个球焊点。金丝球焊被归为热声制程，也就是说焊点是在热(一般为150℃)、超声波、压力以及时间的综合作用下形成的。

第二种压焊方法是楔形制程，这种制程主要使用铝线，但也可用金线，通常都在室温下进行。楔焊将两个楔形焊点压下形成连接，在这种制程中没有球形成。铝线焊接制程被归为超声波线焊，形成焊点只用到超声波能、压力以及时间等参数。

不同制程类型的采用取决于具体的应用场合。比如金线压焊用于大批量生产的场合，因为这种制程速度较快。铝线压焊则用于封装或PCB不能加热的场合。另外，楔形压焊制程比金线压焊具有更精细的间距。目金线压焊的间距极限为60μm；采用细铝线楔形压焊可以达到小于60μm的间距。

(wire bond)

焊线接合首先将芯片固定在合适的基板或导线架(Lead Frame)上，再以细金属线，将芯片上的电路与基板或导线架上的电路相连接如图1所示。

连接的方法，通常利用热压、超音波、或两者合用。在此技术中所用金属线的直径，通常在25到75μm之间。金属线的材料以铝及金为主，铜线也正被评估取代金线的可能性。芯片在基板与导线架上的固定 (Die Bond) ，主要是利用高分子黏着剂、软焊焊料、及共晶的合金等。芯片固定材料的选择，主要依据封装的气密性要求、散热能力、及热膨胀系数等条件来决定。金-硅、金-锡的共晶合金、与填银的环氧树脂黏着剂。因为焊线接合技术的简易性及应用在新制程上的便捷性，再加上长久以来所有配合的技术及机具都已开发健全，在自动化及焊线速度上更有长足的进步，所以在焊线接合仍是市场上主要的技术。

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60年代初，超声波焊接技术开始应用于集成电路的内引线焊接。超声波压焊的原理是由超声波发生器产生几十千赫的超声振荡电能，通过磁致伸缩换能器产生超声频率的机械振动。压焊劈刀镶在端部的适当位置上，劈刀必然同时产生一种称为交变剪切应力的机械振动。同时，在劈刀上端施加一定的垂直压力，在这两种力的共同作用下，通过时间的控制使劈刀下的铝丝发生有规律的蠕动。铝丝和芯片铝焊区表面的氧化膜受到破坏，同时由于摩擦，在界面上产生一定的热量使焊接处的铝丝和芯片上的铝焊区都产生一定的塑性形变，使铝原子金属键紧密接触而形成牢固的键合。超声波压焊是用铝丝（一般含硅1%）作引线,工作温度又低，不但广泛用于各种电路的内引线焊接，而更适于对温度要求严格的 MOS器件、微波器件和高频器件的内引线焊接。超声压焊法的工艺条件要求严格。

为得到高抗拉强度的焊接点须选择最佳的焊接条件，这取决于超声振动功率、压力和超声振动时间等因素,要使三者之间相互匹配，压焊设备应调整出最佳工作点进行焊接。

多工位热压焊机

多工位热压焊接机，包括机架，转盘，对线调整机构，焊接机构，电机，转盘定位机构和电气控制部分，机架上紧固底座，转盘位于底座上方，安装在机架内的电机驱动垂直穿过底座中心并由其支撑的转轴间歇转动，从而带动和转轴垂直紧固的转盘间歇转动，在转盘上设置的工位位置开槽孔，在槽孔上安装可相对槽孔作上下移动的浮动装置，转盘上沿圆周方向可均匀地设置多个工位。

超声波压焊机

超声波压焊的原理是由超声波发生器产生几十千赫的超声振荡电能，通过磁致伸缩换能器产生超声频率的机械振动。压焊劈刀镶在端部的适当位置上，劈刀必然同时产生一种称为交变剪切应力的机械振动。铝丝和芯片铝焊区表面的氧化膜受到破坏，同时由于摩擦，在界面上产生一定的热量使焊接处的铝丝和芯片上的铝焊区都产生一定的塑性形变，使铝原子金属键紧密接触而形成牢固的键合。

球焊压焊机

球焊压焊机以热压焊法和超声波压焊法为基础，所用设备分别为热压焊机、超声波压焊机和球焊机。这是广泛采用的内引线焊接方法之一，其特点是：①工作温度（200～250℃）低于热压焊法的工作温度；②所用的压焊劈刀不用加热而由超声振动产生热能；③采用金丝为引线，并以球焊形式进行焊接。三种内引线焊接法的焊接质量，都需要用一个精密的引线抗拉强度测定器（拉力计）进行检查和控制。

冷压焊机

冷压焊过程中可行的变形速度不会引起接头的升温，也不存在界面原子的相对扩散。因此，冷压焊不会产生热焊接头常见的软化区、热影响区和脆性金属中间相。经过焊接时严重变形的冷压焊接头，其结合界面均呈现复杂的峰谷和犬牙交错的空间形貌，其结合面面积比简单的几何截面大。因此，在正常情况下，同各金属的冷压焊接头强度不低于母材；异种金属的冷压焊接头强度不低于较金属的强度。由于结合界面大，又无中间相，所以接头的导电性、抗腐蚀性能优良。