第１０卷，第１期 电子与封装 总第８１期 ＶＯｌ １０ ＮＯ １ ＥＬＥＣＴＲｏＮＩＣＳ＆ＰＡＣＫＡＧＩＮＧ ２０１０年１月 封： 装 钮＿装 与 溅 ：试 键合线 弧高 度对键合拉力的影响分析 沈海军 ，刘新宁 ，景为平 ，孙海燕 ， （１．东南大学，南京２１００９６；２．南通大学江苏省专用集成电路设计重点实验室，南通２２６０１９； ３．南通富士通微电子股份有限公司，南通２２６００６） 摘要：在集成电路封装的质量控制中，键合拉力的地位非常重要。作为键合质量好坏的主要判 定基准之一，影响键合拉力的因素有很多，包括键合工艺参数、焊线材料类型、拉力测试吊钩的 测试位置、焊线线径以及线孤的长度和高度等。主要讨论在键合线弧投影长度不变的情况下，线 弧高度的变化对键合拉力产生的影响。通过对不同线弧高度条件下测得的拉力数据进行整理分析， 结果表明：键合线弧越高，拉力就越大；反之，拉力则越小。这为集成电路组装的正常量产过程 中，工程技术人员对于键合线弧整体高度的合理有效控制及键合拉力规范的合理定义提供了参考 依据。 关键词：集成电路封装；键合拉力；线弧高度；键合 中图分类号：ＴＮ３０５．９４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６８１－１０７０（２０１０）０１．０００１．０３ Ｔｈｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｌｏｏｐ Ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ Ｗｉｒｅ Ｂｏｎｄ ＳＨＥＮ Ｈａｉ－ｊｕｎ ，Ｌ１Ｕ Ｘｉｎ－ｎｉｎｇ ，ＪＩＮＧ Ｗｅｉ－ｐｉｎｇ ，ＳＵＮ Ｈａｉ—ｙａｎ ０ （１．Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９６，Ｃｈｉｎａ；２．Ｊｉａｎｇｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆＮａｎｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｙｔ，Ｎａｎｔｏｎｇ ２２６０１９，Ｃｈｉｎａ；３．Ｎａｎｔｏｎｇ Ｆｕｊｉｔｓｕ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｎａｎｔｏｎｇ ２２６００６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｒｅ ｐｕｌｌ ｔｅｓｔ ｐｌａｙ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆＩＣ ａｓｓｅｍｂｌｙ．Ａｓ ｏｎｅ ｏｆｔｈｅ ｍａｉｎ ａｓｓｅｓｓ— ａｂｌｅ ｄａｔａ ｆｏｒ ｗｉｒｅ ｂｏｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ．Ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｍａｎｙ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｗｉｒｅ ｐｕｌｌ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｗｉｒｅ ｂｏｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｗｉｒｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｙｔｐｅ，ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｗｉｒｅ ｐｕｌｌ ｔｅｓｔ ｈｏｏｋ，ｗｉｒｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ ｌｏｏｐ ｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｌｏｏｐ ｈｅｉｇｈｔ，ｅｔｃ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｗｉｒｅ ｐｕｌｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｗｉｒｅ ｂｏｎｄ ｌｏｏｐ ｈｅｉｇｈｔ ｃｈａｎｇｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｌｏｏｐ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｌｅｎｇｔｈ ｎｏｔ ｃｈａｎｇｅｄ．Ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｗｉｒｅ ｐｕｌｌ ｄａｔａ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏｏｐ ｈｅｉｇｈｔｓ， Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ：ｗｉｒｅ ｐｕｌｌ ｉｓ ｍｏｒｅ ｓｔｒｏｎｇｅｒ ａｓ ｌｏｏｐ ｈｅｉｇｈｔ ｉｓ ｍｏｒｅ ｈｅｉｇｈｔｅｒ，ｏｔｈｅｒｗｉｓｅ ｗｉｒｅ ｐｕｌｌ ｉｓ ｐｏｏｒｅｒ．Ｉｔ ｌａｉｅｄ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｏｐ ｈｏｌｉｓｔｉｃ ｈｅｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｉｒｅ ｐｕｌｌ ｓｐｅｃ ｉｎ ｍａｓｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｌＣ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｔｏ ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃｉａｎｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＩＣ ａｓｓｅｍｂｌｙ；ｗｉｒｅ ｐｕｌｌ；ｌｏｏｐ ｈｅｉｇｈｔ；ｗｉｒｅ ｂｏｎｄ 位。对于同一根键合连接线，当线弧的高度不同时， １ 引言 其键合拉力的测量结果存在着一定的差异。文章即 是为了验证这种差异，并从中发现产生这种差异的 在集成电路封装的质量控制中，键合拉力作为 原因及规律，为实际生产中键合工艺的优化、键合 产品质量考量的重要因素之一，有着非常重要的地 弧高的控制、键合拉力的合理规范以及产品整体厚 收稿日期：２００９—０９－０７ 第１０卷第１期 电子与封装 度的控制、制品异常分析提供依据。 ２ 键合拉力测试理论依据 Ｆｗｐ Ｆ】 Ｆｅｌ ９ 一 警 ｅ 裁飘 图１拉力测试模拟示意图 图ｌ为键合拉力测试的理论图示。 为第一焊 点受到的拉力， 为第二焊点受到的拉力，Ｆｗ。为线 弧测试的读出拉力。根据力的分解原理： Ｆ Ｆ ｓｉｎ皂 ｓｉｎ ０ （２） 文章主要从第一焊点断裂和第二焊点断裂两种 失效模式来讨论键合的拉力情况。首先通过理论分 析来判定当前焊线键合拉力的变化规律。 ２．１第一焊点断裂 通过公式（１）可以看出：Ｆ 跟角度ｅ 成正比。 设定Ｆ。 恒定，即当以一定的力垂直（根据标准ＭＩＬ ＳＴＤ ８８３，Ｍｅｔｈｏｄ２０１ １）去拉该焊线时，随着角度 ０ 的变化，第一焊点的受力随着该角度的增大而 增大。即线弧越高，拉力越大；反之，拉力则越小。 由此可以说明，导致第一焊点颈部断裂的力的大小， 跟线弧的高低有很大的关联。这一结论在实际的测 量结果中可以通过有效的数据得到佐证。 ２．２第二焊点断裂 通过公式（２）可以看出：Ｆ，跟角度０，成正比。 设定， 值恒定，即当以一定的力垂直去拉该焊线 时，随着角度ｅ 的变化，第二焊点的受力随着该角 度的增大而增大。即线弧越高，拉力越大；反之，拉 力则越小。据此可以说明，导致第二焊点根部断裂 的力的大小，跟线弧的高低有必然的联系。同样，这 结论在实际的测量结果中可以通过有效的数据得 到佐证。 ３ 键合拉力验证过程及结果 图２为本文实际操作的焊接示意图。 表示线 弧高度；Ｄｉｅ指芯片，用于焊接线弧的第一焊点；Ｌｅａｄ 指内引线脚，用于焊接线弧的第二焊点。焊线采用 ２． 纯度为９９．９９％、线径为２５ ｍ的金线，所有线弧的 投影等长，通过改变线弧的高度（即 值的大小）来 测试键合拉力的变化，并验证理论分析的结论。 线弧 图２焊接示意图 表１拉力数据 样本１一弧高 样本２－弧高 均值：１６０ ｍ 均值：２２０ ｕｍ ６＿３６ ７．Ｏ６ ６－２０ ６．７９ ７．１２ ７．１１ ６．５９ ６．７５ ６＿３７ ７．９４ ６．８７ ６．５３ ５．８３ ６．９４ ７．６１ ７．３６ 拉力值６９６ ６．７５ ５．９７ ６．５６ ７．３０ ６．５８ ７．１４ ６．３２ ／ｇ ７．１５ ７ １５ ５ ９５ ５．９５ ６ ６．０８６．．５０ ５．６３ ６．６８ ６＿３８ ７．５１ ６．６４ ６．９６ ５．０５ ６．６３ ７．４６ ７＿３６ ７．４９ ６．８８ ７．５３ ５．５８ ７．１２ ６．９４ 平均值 ６．５７ ６．９１ ／ｇ ＣＰＫ １＿３６ １．８２ 表１为两种不同线弧高度情况下所测得键合拉 力结果。结果表明：键合拉力的平均值随着线弧高 度的不同，之间存在着明显差异。样本１因线弧较 低，拉力的平均值及ＣＰＫ都偏小；样本２因线弧较 高，拉力的平均值及ＣＰＫ值也较大。通过这一结果， 可以得出：键合弧度的高低直接影响拉力的数值及 稳定性。 图３表示两组不同线弧高度情况下键合拉力结 果的趋势对比。由图可以看出：样本２的所有拉力 数据均基于５ｇ～８ｇ之间，整体过程也比较稳定；样 本１的所有拉力数值也同样基于５ｇ￣８ｇ之间，但其拉 力平均值及ＣＰＫ都低于样本２。这一结果同理论分 析是一致的，这可以为实际生产中键合的工艺优化、 产品的弧高控制及拉力的判定基准提供理论依据和 实际证明。 ４ 结论 通过以上理论分析及实际的测量结果，可以得 出：在集成电路的封装工艺中，键合线弧高度的变 化作为键合拉力的一个重要影响因素，直接影响其 结果。键合线弧的高度越高，其拉力值就越大，整 体拉力也趋向平稳；反之，拉力则越小，整体拉力
