細(xì)節(jié)距球形鍵合2026
2008年生產(chǎn)的大多數(shù)器件的針腳數(shù)仍然很少（<100），用于這種球形鍵合的鍵合焊盤(pán)節(jié)距仍在80~100μm范圍內(nèi)。但是，目前制造的高端器件的主流節(jié)距為40μm，后面的圖5給出了一個(gè)類(lèi)似細(xì)節(jié)距球形鍵合的示例，而且35μm節(jié)距球形鍵合的器件在2008年就接近批量生產(chǎn)了。下圖1給出了一個(gè)使用25μm線徑Au絲在70μm節(jié)距上進(jìn)行球形鍵合的示例，這種鍵合采用瓶頸瓷嘴以避免使相鄰鍵合引線移動(dòng)，這種瓷嘴參見(jiàn)圖3。非常細(xì)節(jié)距與常規(guī)粗節(jié)距上的球形鍵合點(diǎn)間的差異在于鍵合焊球僅僅比引線大一點(diǎn)。
一些正在使用的引線線徑僅為15μm，并且已經(jīng)測(cè)試了12μm的引線。除非有一個(gè)解決該問(wèn)題的方法，否則在塑封過(guò)程中，這些細(xì)引線將更易于導(dǎo)致引線偏移失效。隨著時(shí)間的推移，絕緣引線、低黏度的模塑化合物、改進(jìn)的模具澆口都可能會(huì)在一定程度上延長(zhǎng)這一限制。實(shí)驗(yàn)中已實(shí)現(xiàn)了更細(xì)節(jié)距（<30μm）上的球形鍵合，但在具有這種節(jié)距的芯片可用之前還不會(huì)得到應(yīng)用。
相關(guān)參數(shù)表給出了細(xì)節(jié)距球形鍵合的典型鍵合參數(shù)。從表中可以看出，70μm節(jié)距工藝使用的鍵合焊球尺寸約為47μm，小于引線線徑的2倍。對(duì)于50μm節(jié)距，鍵合的焊球球徑僅約為40μm，使用一個(gè)約12gf剪切力作用，焊球-剪切力約為7.5gf。在60μm以下節(jié)距，鍵合-拉力測(cè)試完全可以用于評(píng)估球形鍵合點(diǎn)的焊接強(qiáng)度，并且剪切測(cè)試僅用于參數(shù)設(shè)置的目的。這種觀點(diǎn)是可取的，原因是細(xì)節(jié)距焊球的剪切測(cè)試是緩慢的、困難的，且是容易出錯(cuò)的。對(duì)于這種測(cè)試需要注意的是，為了保證Au-Al球形鍵合點(diǎn)的長(zhǎng)期可靠性，鍵合剪切力的級(jí)別應(yīng)該大于5.5gf/mil²。
細(xì)節(jié)距鍵合中的瓷嘴和劈刀2026
為了實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)距鍵合所有工藝都必須發(fā)生改變，瓷嘴和劈刀工具也不例外。為了避免已經(jīng)成形的線弧發(fā)生變形，工具的直徑必須縮小。球形鍵合瓷嘴和楔形鍵合劈刀的示例如圖2所示。注意，這些形狀都是典型的，但作為示例，帽管（caps）可以是長(zhǎng)的、細(xì)的錐形結(jié)構(gòu)，而不是瓶頸形狀。
細(xì)節(jié)距鍵合的可靠性和測(cè)試問(wèn)題2026
鍵合節(jié)距是兩引線鍵合點(diǎn)中心的距離，這個(gè)空間的一部分必須用于焊盤(pán)間的隔斷（絕緣）。因此，由于焊盤(pán)上重疊有鈍化區(qū)而導(dǎo)致其上的可鍵合區(qū)域?qū)⑦M(jìn)一步減小。對(duì)于極細(xì)節(jié)距的鍵合，人們擔(dān)心鍵合機(jī)定位不準(zhǔn)確導(dǎo)致鍵合在鈍化區(qū)上。這個(gè)鍵合位置可能離焊盤(pán)不夠遠(yuǎn)，無(wú)法拒收，但這可能會(huì)使鈍化區(qū)產(chǎn)生裂紋，并且裂紋有時(shí)會(huì)擴(kuò)展到焊盤(pán)外面。在密封的封裝中沒(méi)有相關(guān)報(bào)道表明這存在可靠性問(wèn)題，主要關(guān)注的是在水汽滲透的塑封器件中的漏電路徑會(huì)擴(kuò)展。還有一些鍵合點(diǎn)與相鄰焊盤(pán)或者球形鍵合點(diǎn)發(fā)生疊焊和短路。相關(guān)研究給出了幾個(gè)47μm節(jié)距球形鍵合點(diǎn)中可能發(fā)生鍵合位置問(wèn)題的示例，如圖3所示，這些示例包括球形鍵合點(diǎn)向右偏移、球形鍵合點(diǎn)相互偏移、相鄰焊盤(pán)短路三種可能發(fā)生短路的情況。一個(gè)解決辦法是采用更細(xì)線徑的引線（這將會(huì)產(chǎn)生更多的引線偏移問(wèn)題），這種線徑的引線會(huì)形成更小的焊球，并且還需要可實(shí)現(xiàn)更小位置偏差的新鍵合設(shè)備。最后，在長(zhǎng)時(shí)間的熱老化后，焊球通過(guò)了焊球-剪切的強(qiáng)度測(cè)試，達(dá)到了最低的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)值5.5gf/mil²。
1. 細(xì)節(jié)距球形鍵合點(diǎn)的新力學(xué)測(cè)試問(wèn)題
相關(guān)技術(shù)路線圖中給出了對(duì)于特定年份引線鍵合節(jié)距的預(yù)測(cè)表。到2015年，球形鍵合節(jié)距將減少到最小值25μm，同時(shí)預(yù)計(jì)在2009年楔形鍵合節(jié)距將達(dá)到最小值（技術(shù)路線圖的所有預(yù)測(cè)每年都要進(jìn)行修改，并假定到那時(shí)在世界上某個(gè)地方將會(huì)有這種節(jié)距鍵合的大批量生產(chǎn)）。
節(jié)距的不斷減小，可能會(huì)引起引線鍵合的問(wèn)題或者改變制造和測(cè)試方式（如圖4所示，該圖顯示了減少焊盤(pán)被撕起的預(yù)期幾何形狀（垂直）示例，右下圖還展示了在拉力測(cè)試的過(guò)程中焊盤(pán)被撕起的示例）。對(duì)于極細(xì)節(jié)距的鍵合，拉力測(cè)試方法和剪切測(cè)試方法都會(huì)受到影響。
焊球-剪切測(cè)試在評(píng)估球形鍵合點(diǎn)的過(guò)程中是必不可少的，然而，隨著節(jié)距減少到50μm以下，定位越來(lái)越小的剪切探頭而不碰到相鄰的球形鍵合點(diǎn)是非常困難的，因此會(huì)導(dǎo)致測(cè)試的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確（準(zhǔn)確定位探頭需要花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間并需要具有更優(yōu)的操作技能，在某種情況下，剪切測(cè)試甚至是不可能實(shí)現(xiàn)的）。相關(guān)研究首次在細(xì)節(jié)距球形鍵合中研究了采用拉力測(cè)試來(lái)替代剪切測(cè)試的方法。研究發(fā)現(xiàn)，在探針痕跡上進(jìn)行細(xì)節(jié)距球形鍵合時(shí)，在常規(guī)中心拉拔位置處的拉伸應(yīng)力非常大以至于導(dǎo)致焊球被拉脫剝離。從探針痕跡區(qū)開(kāi)始就很難進(jìn)行鍵合，作為一個(gè)應(yīng)力集中源，在引線于熱影響區(qū)斷裂之前，焊球就被拉脫。這種拉升/剝離的測(cè)試形成的結(jié)果應(yīng)謹(jǐn)慎進(jìn)行解釋?zhuān)挥挟?dāng)焊球被拉脫并且檢查顯示形成的金屬間化合物很少時(shí)，鍵合拉力測(cè)試才應(yīng)該被認(rèn)為是失效的。
這種測(cè)試大多數(shù)被用于銅/低介電常數(shù)（Cu/Lo-k）芯片中，此種芯片的焊盤(pán)或底層與焊盤(pán)間的粘附力常常較低，即使在沒(méi)有探針痕跡應(yīng)力集中的情況下，焊盤(pán)也可能在測(cè)試中發(fā)生被拉起或者撕起的現(xiàn)象。其他研究工作發(fā)現(xiàn)如果拉力角是垂直的，發(fā)生“被撕起”的現(xiàn)象將最小化，并且引線發(fā)生在常規(guī)HAZ區(qū)斷裂的現(xiàn)象將增多。注意，“計(jì)劃的”線弧頂部拉拔，仍然存在著一些剪切應(yīng)力，由于角度不完全垂直偶爾也會(huì)發(fā)生撕裂現(xiàn)象。對(duì)于一些極細(xì)節(jié)距鍵合，如果拉力超過(guò)了常用（非Cu/Lo-k）結(jié)構(gòu)中焊盤(pán)與SiO?層間的拉伸粘附力，則會(huì)發(fā)生這種撕起問(wèn)題。
與相對(duì)寬的節(jié)距鍵合相比，對(duì)于細(xì)節(jié)距鍵合的實(shí)現(xiàn)，幾乎在任何方面都需要進(jìn)行規(guī)劃并且需要花費(fèi)昂貴成本來(lái)實(shí)現(xiàn)。鍵合焊盤(pán)的形狀、尺寸及位置必須與自動(dòng)鍵合機(jī)和裸芯片粘接設(shè)備（擁有較好的定位精度和可重復(fù)性）相匹配，而且封裝布線是特定的。對(duì)于縱向集成的公司，這在芯片設(shè)計(jì)的早期階段就已經(jīng)確定了。封裝廠通常存在一些問(wèn)題，但他們經(jīng)常與高水平的芯片設(shè)計(jì)人員密切合作。最細(xì)節(jié)距的楔形鍵合是通過(guò)窄鍵合焊盤(pán)（矩形或平行四邊形）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但這些都不適用于球形鍵合，即使有迫切的原因需要在后期實(shí)現(xiàn)。由于這些限制，這種焊盤(pán)的設(shè)計(jì)除了在縱向集成公司中以外并不常用，或者僅在使用移動(dòng)探針測(cè)試細(xì)節(jié)距焊盤(pán)中作為輔助進(jìn)行使用。自動(dòng)楔形鍵合機(jī)的產(chǎn)能低于自動(dòng)球形鍵合機(jī)（2~4根/s對(duì)比>10根/s），因此，楔形鍵合的成本要高于球形鍵合，楔形鍵合的數(shù)量只占鍵合總數(shù)的5%。
一些封裝結(jié)構(gòu)在垂直方向上有兩個(gè)或者更多的鍵合焊盤(pán)。鍵合引線相互彼此交叉是有可能的，尤其是在封裝拐角處的扇出鍵合。在一排引線間發(fā)生短路是可能發(fā)生的，并且有必要謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)，控制鍵合線弧以滿足最小間隙的要求。這即是一個(gè)高良率也是細(xì)節(jié)距鍵合的問(wèn)題，針對(duì)這個(gè)目的設(shè)計(jì)了偏差分析的專(zhuān)用電子表格程序，包括鍵合線弧和引線間距預(yù)測(cè)，以及所有封裝的偏差，一些現(xiàn)代自動(dòng)鍵合機(jī)的軟件就具有這種功能。然而，鍵合機(jī)的運(yùn)行速度將越來(lái)越快，定位將越來(lái)越準(zhǔn)確，鍵合線弧的控制越來(lái)越高，如果所有已鍵合的引線都是直接從芯片中連接出來(lái)的（沒(méi)有扇出），則良率更高。這需要芯片和封裝設(shè)計(jì)人員之間完全的配合協(xié)調(diào)。在細(xì)節(jié)距陶瓷封裝中的直接鍵合經(jīng)常會(huì)有兩層或者更多層的鍵合，一些現(xiàn)代高密度SIP、MCM等封裝的鍵合焊盤(pán)可以與芯片上的鍵合焊盤(pán)距離較近，這簡(jiǎn)化了鍵合并且提高了良率。
面陣列引線鍵合2026
隨著自動(dòng)鍵合機(jī)能力的提升以及芯片中有更多的I/O，對(duì)于多引腳器件而言可能且必須提到面陣列引線鍵合的概念，這推動(dòng)了引線鍵合技術(shù)各個(gè)方面極限的發(fā)展。這種鍵合機(jī)具備極其精確的細(xì)節(jié)距鍵合能力，長(zhǎng)線弧且線弧有最小可能的凹陷。因此，在相同芯片區(qū)域里可以比面陣列倒裝芯片有更多數(shù)量的引線鍵合I/O（串?dāng)_、電感等其他電氣問(wèn)題可以通過(guò)設(shè)計(jì)加以改善，但仍不會(huì)具有倒裝芯片的高頻性能）。圖5所示為面陣列引線鍵合的一個(gè)示例圖。
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