浅谈引线键合Wire Bonding工艺（一）

一、引线键合的开发 | Wire Bonding Development

引线键合是1950年代在德国通过偶然的实验观察发现的，随后发展成为一种高度受控的过程。如今，它广泛用于通电互连半导体芯片以封装引线，磁盘驱动器头到前置放大器，以及许多其他应用，使日常用品变得更小、更“智能"、更高效。

二、什么是引线键合？| What is wire bonding?

引线键合是一种将一段小直径的软金属线连接到兼容的金属表面上的方法，无需使用焊料、助焊剂，在某些情况下还使用高于 150 摄氏度的热量。软金属包括金（Au），铜（Cu），银（Ag），铝（Al）和合金，如钯银（PdAg）等。

有三种类型的引线键合：

【1】 热压键合-Thermocompression Bonding:

涉及使用力、时间和热量通过相互扩散连接两种材料的过程。将导线（在某些情况下加热）以高力压在热表面上（在 150 摄氏度或更高）上一段有限的时间以实现粘合。不使用摩擦。该工艺使用金线和金键合表面，最初与球键合有关。直到今天，仍然有一些人会使用“Thermocompression Bonding"作为球键合的同义词，即使它现在使用超声波摩擦。

【2】热超声键合-Thermosonic Bonding:

该过程涉及使用力，时间，超声波和热量来连接两种材料。将电线（在某些情况下加热）以低力压在热表面上（150°C或更低），并在有限的时间内振动以实现粘合。该工艺使用金线和金键合表面，最初也与球键合有关，因为超声波起初用作键合参数时，它是通过球键合完成的。直到今天，仍然有一些人会使用“Thermosonic Bonding"作为球键合的同义词，即使它现在也用于楔形键合。

（2.1）金球键合-Gold Ball Bonding:

之所以如此命名，是因为它是金线的键合，在初始阶段，金线的末端形成一个球或球体。“熄火"用于制造球。最初，熄火是用明开的氢火焰完成的，氢气火焰会向电线的末端旋转并熔化它，在电线的末端形成一个球体。目前，球是用EFO（电子火焰关闭）制成的，它会产生火花来熔化电线的末端。这种粘合过程使用力、时间、超声波和热量来形成粘合。近年来，铜线已开始用于该过程，但设备必须进行修改以防止电线氧化，尤其是在熄火时形成过程中的球。

（2.2）凸块粘接或螺柱凸块-Bump Bonding or Stud Bumping:

这是金球键合的变体。在这种形式的引线键合中，只有“凸块"或球被粘合到表面上。没有导线从第一个键合延伸。这种键合方式用于在芯片上制造金凸块，这些凸点稍后将被“倒装芯片"键合。凸块粘接还用于连接平面彼此相距 90 度但触点靠近的曲面。

（2.3）楔形键合-Wedge Bonding:

这种工艺最初只是用铝线的，不使用热量来形成键合。随着时间的推移，热量被添加到键合表面，金线用于金线的热声楔形键合。这是现在键合金线或金带的常见形式。然而，应该注意的是，有些人仍然使用“Wedge Bonding"作为超声波（如下所述）而不是热超声引线键合的术语。无论“Wedge Bonding"的传统含义如何，热超声楔形焊接工艺都使用力、时间、超声波和热量来形成焊接键合。

【3】超声波键合-Ultrasonic Bonding:

该过程涉及使用力，时间和超声波来连接两种材料。将线材以低力压在表面上（在环境温度下），并在有限的时间内振动以实现键合。这个过程可以用金、铝、铜、钯、银或铂线或带来完成，并粘合相同材料的表面。最初，这种形式的引线键合仅使用铝线完成，因此直到今天仍然有人将“Ultrasonic Bonding"用作铝线楔形键合的同义词，即使它现在也用于金线楔形键合和其他材料。

（3.1）楔形键合-Wedge Bonding:

该过程在室温/环境温度下使用力、时间和超声波与粘合表面进行粘合。虽然最初仅限于铝键合应用，但今天还有许多其他材料和合金可以通过超声波方法键合，包括一些曾经认为只有在加热时才有效。

（3.2）钉钉键合- Peg Bonding:

该过程在室温/环境温度下使用力、时间和超声波与粘合表面进行粘合。虽然钉键合与楔形键合相同，并且可以通过热声和超声波完成，但与前面描述的技术的主要区别在于，在钉键合机中，焊丝不是由线切割机从线轴送入的。在钉子键合应用中，线或带（或任何一般导体）要么预先对准键合垫，要么手动引入要键合的键合工具（钉子）下。此过程更常见的名称是TAB（磁带自动粘合）或单点TAB.Hybond为这种类型的粘合命名为Peg，因为将其命名为TAB会导致假设磁带进给机制将作为设备的一部分，而实际上并非如此。Peg这个名字也是由Hybond给出的，因为用于粘接的工具通常看起来像Peg，就像楔形粘接中使用的工具看起来像楔子一样。