芯片键合中常见问题的研究与分析

黄玮 崔乔冬 陈广 江苏信息职业技术学院

1 引言

随着信息时代发展，集成电路芯片的重要性日益突显，在日常生活和工作的方方面面都离不开集成电路芯片。集成电路芯片的生产制造可以分为前道和后道两大工序。前道工序主要是通过光刻，刻蚀，掺杂等多种工艺工序手段在硅圆片表面得到对应于电路的图形结构，从而在硅片上建立电路电学连接，实现性能。而后道工艺主要是通过封装，给芯片加上保护外壳，可以保护内部芯片不易受到损伤，同时也便于装配，运输，散热等等。

在进行后道工序的加工过程中，有一个非常关键的核心步骤，就是要将引线框架（保护外壳）的引脚与内部芯片的焊盘焊点相连接，实现电学信号的传输，这个步骤就称为键合（bonding）。

2 引线键合

随着集成电路的发展，现如今有了很多新型的封装形式，但是传统的引线键合并没有被完全取代，即使在很多高线封装形式中，也依然存在引线键合，如TechSearch International（TSI）的总裁Jan Vardaman说，“闪存、某些新型传感器都会用到键合线，一些封装实际上有内置的键合线。”

在典型的引线键合流程中，先将芯片附接在框架上。然后使用引线键合设备将导线从系统中的线轴送入细管中，通过加热等方式使得导线的末端形成一个小球。再用国将焊球焊接在焊接面，实现芯片焊点与框架间的电学连接，如图1所示。

图1 芯片中的引线键合

引线键合中所采用的引线包括金丝、铜丝、金银合丝、镀钯铜丝等引线。其中应用最多的为金丝和铜丝。金丝作为引线有很优点，其化学性质稳定，不容易发生氧化、延展性好有利于加工成适合键合的金丝。直到2010，行业内以引线键合为基础的封装主要使用的还是金线键合，但当金价飙升时，键合产品由金线向铜线转移。由于铜比黄金便宜，芯片制造商的封装成本得以降低。

铜丝的导电性非常好，但是铜材料本身极易发生氧化，所以在键合的过程中很容易发生断丝，所以在键合过程中，一般每48小时都要换一次线。

目前的引线键合中约有70%采用的是铜丝，剩余的以金丝与银丝为主，例如在汽车电子领域金丝应用依然很普遍，而在内存封装中也经常会用到银丝。

3 引线键合中常见问题

在进行键合的过程中，会出现一些问题。

3.1 EFO打火杆高度不合适

打火杆是通过尖端高压放电，使金丝等引线材料融熔成球的过程。打火杆的高度必须要 在合适的高度，以确保焊针尖端就在EFO打火杆尖端的上面。从打火杆尖端中心到引线材料表面的距离应该在6.86mm左右，一般可接受的范围是6.60～7.11mm。

如果打火杆高度不在范围内，需要进行调整，在焊机设置中移动夹钳，使EFO打火杆被定位在夹钳的平面上方，在EFO打火杆和夹钳表面之间插入一个垫片，并通过各方向调节螺丝，使打火杆达到合适高度，停在垫片上，可以根据实际情况，选取不同厚度的垫片，以满足打火杆的高度要求。

3.2 NSOP错误

NSOP是指Non-stick on pad，也就是焊盘不粘的情况，可能是焊线焊接时出现焊盘不粘或者是成球焊接时出现芯片焊盘不粘。在加工过程中，NSOP错误有真NSOP错误和假NSOP错误两种。

引发NSOP报错的可能原因有很多，假如在焊接初始接触时的压力值不合适，就会影响到焊球形状，导致NSOP报错；焊接焊垫如果没有正确固定，或者芯片出现翘曲，就会影响到焊接的平整性和平坦度，导致报错；假如出现芯片上的焊盘受到污染，或者焊接引线受到污染，或者是芯片表面金属化的完成度有问题等情况，也会导致出现NSOP报错。

当出现真性错误时，首先根据上述可能原因去查找问题，确定问题所在后，及时进行针对性处理，例如校正焊垫夹具，检查焊针，焊接引线，根据情况清洁或者更换物料，手动补焊等，检查流程可以参考图2。

图2 NSOP的解决方法

但是有时在操作运行过程中也会出现假的NSOP报错情况，可能是由于不同芯片的阻抗变化或电容变化不同而导致的，排查出是假性错误时，一般可以直接继续操作，如果在不同芯片加工时持续出现假性错，可以暂时关闭BITS系统（焊接完整性测试系统）。

4 结论

本文主要介绍了芯片引线键合，以及在键合操作过程中常见的问题，通过分析导致问题的可能原因，从而进一步提出了排查及解决问题的主要方法。