SiP封装工艺6—Wire Bonding

在密闭真空中充入少量Ar、H2、O2中的一种或几种气体，利用RF power在平形板电极形成电场使电子来回震荡，电子激发并电离气体产生电浆，撞击基板和芯片表面，与污染物产生物理或化学反应，利用气体流通将污染物去除。电浆清洗使表面微结构产生官能基或达到一定的粗糙度，增加不同材料之间的结合力，增加焊点的可靠性以及基板与塑封材料之间的结合力，从而提高产品的可靠度、增加使用寿命。

                                                       Plasma Clean示意图

电浆清洗主要分以下几种

1.    Argon Plasma

       纯物理作用、物理撞击可将表面高分子的键结打断，形成微结构粗糙面。

2.    Oxygen Plasma

       具有化学作用，可以氧化燃烧高分子聚合物，或者形成双键结构的官能子，可表面改性。

3.    Hydrogen Plasma

       具有还原性作用的气体，可以还原被氧化的金属表面层。

4.    Mix Gas Plasma

       组合上述气体种类，可达到特殊官能基的形成。Ar & H2混合气，借由物理撞击对表面的结构产生活化作用，并形成粗糙面增加结合力。Wire Bond工序前，采用此种清洗方式，可以增加焊点的结合力。O2& H2混合气，对金属面形成OH-基，Molding 工序前，采用此种清洗，可以增加与   Compound间的结合力。

                                                                                          电浆清洗三种原理

WB是封装工艺中最为关键的一步，主要目的是利用金线(Au)、铝线(Al)或铜线(Cu)，把芯片上的Pad和基板上Finger通过焊接的方法连接起来。焊接方式有热压焊、超声键合和热超声焊等，这里主要介绍热超声焊。

热超声焊的主要材料为金线，成分为99.99%的高纯度金，线径一般为0.8mil，1.0mil，1.3mils，1.5mils和2.0mils等。利用超声振动提供的能量，使金丝在金属焊区表面迅速摩擦生热，产生塑性变形，破坏金属层界面的氧化层，两个纯净的金属界面紧密接触，在钢嘴压力作用下，达到原子间紧密键合，形成牢固的焊接。

                                                    热超声焊

球焊的主要过程如下图:

1)    打火杆在瓷嘴前打火，将金线烧熔成球；

2)    第一焊点：金球在钢嘴施加的一定压力和超声的作用下，与芯片pad连接，形成焊球(Bond Ball)；

3)    第一焊点完成后，夹持金线的夹子松开，钢嘴牵引金线上升，并按程序设定的轨迹运动，从而形成一定的线型（Wire Loop）。

4)    第二焊点：钢嘴运动到基板Finger上方，在超声作用下，下压到在基板的Finger上，形成鱼尾(Wedge)形的连接；

5)    第二焊点完成后，钢嘴向上运动，拉出一定长度的金线(为下一步烧球做准备)，夹子闭合，金线与Finger的连接被切断。

6)    回到第1)，进入下一焊接循环。

WB四要素：压力（Force）、超声功率（USG Power）、时间（Time）、温度（Temperature）。