微波组件细间距小尺寸焊盘的金丝键合工艺概述与微波组件板清洗

细间距小尺寸焊盘的金丝键合工艺概述

金丝键合的目的是实现芯片的输入/输出端与外界电路或元器件的互联，球焊键合采用热压和超声方式，将提前烧制的空气自由球焊接到芯片焊盘或基板焊盘上，再通过劈刀的空间运动形成稳定形状的线弧，最后将金丝焊接到二焊点，完成一根金丝的键合过程。球焊键合的工艺过程如图3所示。

通常情况下，球焊键合的工艺过程可以分为四个步骤：

1）劈刀下方的打火杆产生瞬时电压，通过尖端放电将金丝的线尾部分烧成规则的空气自由球（Free Air Ball，FAB）。

2）劈刀下移接触到一焊点焊盘，同时给劈刀施加压力和超声能量，在压力和超声的作用下，FAB与焊盘表面金属层相互摩擦，破坏掉金属表面的污染及氧化层，形成原子级别的紧密连接，从而完成一焊点的键合。

3）劈刀在键合头的带动下，按照规划的轨迹进行运动，在空间中将金丝弯折成一定的角度和形状，形成线弧，随后拉伸到第二焊点位置，在超声和压力的作用下形成二焊点。

4）形成二焊点后，劈刀在二焊点处进行截尾焊，将金丝截断。随后劈刀抬起，线夹闭合，准备第二次烧球。此时，整个引线线弧和键合点全部完成。

以上四个步骤均可通过设备参数及工艺参数进行调控，如超声能量、键合压力等，各参数相互关联，共同决定了最终的键合结果。

在“打火杆烧球”阶段，金丝根部由于受到尖端放电而产生局部高温，金丝的尖端变为熔融状态，在重力和表面张力的共同作用下，形成空气自由球。空气自由球通常为标准的圆球形。而在“键合—焊点”阶段，空气自由球由于在劈刀的作用下被压扁，尺寸会再次变大，一焊点的尺寸约为金丝直径的2.5~3.0倍，对于25 μm金丝而言，焊点尺寸约为70~80 μm，为保证键合的可靠性和稳定性，焊盘尺寸的设计通常大于100 μm。而随着芯片功能及运算能力的集成，焊盘的设计尺寸逐渐减小，本文涉及的芯片焊盘的尺寸仅为55 μm，而相邻焊盘的间距仅为15 μm，如图2所示。当芯片焊盘尺寸和焊盘间距减小时，金丝球焊键合可能会产生以下键合缺陷：

1）由于芯片焊盘尺寸只有55 μm，若采用25 μm金丝，则要求FAB尺寸不能超过55 μm，否则焊点会超出芯片焊盘，造成短路。

FAB尺寸是由打火电流、打火电压、打火时间等工艺参数决定的，当打火参数过小时，金丝获得的热量偏低，融化量较少，液态球的重力作用不明显，形成的金球多呈偏置状态，导致焊点位置偏移，增加了短路风险。由于烧球参数过小导致的偏头球，如图4所示。

2）劈刀本身具有一定的宽度，普通劈刀底部宽度 T =120 μm，假设焊球高度为0，焊盘尺寸为 X =55 μm，则相邻焊盘应设计最小间距为( T -X )/2=32.5 μm，以保证劈刀不会压到相邻焊盘上的焊点。然而对于本文涉及芯片，相邻焊盘的距离为15 μm，过小的焊盘间距会导致键合过程中劈刀压到已经键合的金丝，从而使金丝受损（如图5所示）。

本文针对细间距小尺寸焊盘金丝键合，通过优化关键设备参数和工艺参数，完成了对细间距小尺寸焊盘金丝键合的高精度、高可靠性自动球焊键合试验。试验采用自动球焊键合机，试验金丝纯度高于99.99%。

芯片焊后焊盘清洗

芯片焊后焊盘清洗： 研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

推荐使用 水基清洗剂产品。