文章來源：老虎說芯

原文作者：老虎說芯

本文介紹了封裝中打線鍵合的概念、流程、關(guān)鍵點(diǎn)與可靠性等。

一、什么是打線鍵合（Wire Bonding）？

打線鍵合就是將芯片上的電信號(hào)從芯片內(nèi)部“引出來”的關(guān)鍵步驟。我們要用極細(xì)的金屬線（多為金線、鋁線或銅線）將芯片的焊盤（bond pad）和支架（如引線框架或基板）之間做電連接。

可以理解為：

“芯片是大腦，但得靠血管（引線）把信號(hào)輸送出去，不然再聰明也干不了事。”

二、打線鍵合的核心目的：

建立電連接：芯片內(nèi)部與封裝外部間的信號(hào)通道

提供可靠性：滿足電性能、機(jī)械穩(wěn)定性要求

保證生產(chǎn)良率：為后續(xù)封裝打好基礎(chǔ)

三、打線鍵合的類型

雖然有多種方式（例如熱壓鍵合、超聲鍵合、熱超聲復(fù)合鍵合等），這里我們主要講的是熱超聲金線球焊（Ball Bonding），這是最常見的一種，特別適合鋁焊盤+金線的組合。

四、打線鍵合的完整9步流程

步驟 1：準(zhǔn)備金線

金線從打線機(jī)線軸中牽出，經(jīng)過打線劈刀（Capillary）底部，露出短短的線尾。

步驟 2：形成“自由空氣球”（FAB）

打線機(jī)會(huì)用“放電”的方式，在金線尾部打出一個(gè)金球。這個(gè)球是在空氣中自然形成的，因此叫自由空氣球（Free Air Ball）。就像是用電火花把金線的尾端熔掉形成一個(gè)金珠。

步驟 3：壓球到芯片焊盤

劈刀帶著金球?qū)?zhǔn)芯片上的焊盤（bond pad），緩緩向下壓，讓金球和焊盤貼合。

步驟 4：完成第一個(gè)鍵合點(diǎn)（金球鍵合）

壓好后，打線機(jī)會(huì)開始施加：一定的壓力、一定量的超聲波振動(dòng)能量、控制作用時(shí)間。這樣做的目的是讓金球與芯片焊盤之間的金屬發(fā)生塑性變形+微觀摩擦焊接，最終牢牢焊在一起。

步驟 5：拉金線

劈刀抬起，同時(shí)拉動(dòng)金線，從芯片焊盤開始畫出一段弧形線，將線帶到目標(biāo)點(diǎn)：支架的焊盤（lead/frame pad 或 PCB pad）。

步驟 6：壓線到支架焊盤

劈刀移動(dòng)到支架焊盤位置，再次往下壓線。

步驟 7：形成第二個(gè)鍵合點(diǎn)（魚尾鍵合）

再次施加：壓力、超聲能量、時(shí)間控制。這次不是壓球，而是將金線壓成“魚尾”狀貼附到支架焊盤上，完成第二端焊接。

步驟 8：切線并保留線尾

劈刀繼續(xù)抬起，并在移動(dòng)中切斷金線，在支架焊盤上留下“魚尾”，同時(shí)在劈刀口留下新的線尾，為下一根線準(zhǔn)備。

步驟 9：循環(huán)進(jìn)行下一根線的鍵合

回到第1步，周而復(fù)始，直到所有焊盤都連線完成。

五、打線工藝的四大核心參數(shù)

六、打線質(zhì)量的關(guān)鍵控制點(diǎn)

金球尺寸控制：

金球直徑通常為60μm

厚度約20μm

太大易短路，太小焊接不牢

接合強(qiáng)度測(cè)試：

剪切力（Shear/Push Force）：芯片端金球推力 >20克

拉力（Pull Force）：整條線拉斷前應(yīng) >109克力

這些測(cè)試是驗(yàn)證焊點(diǎn)強(qiáng)度是否達(dá)標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作，不能忽略。

七、環(huán)境和工藝注意事項(xiàng)

1. 濕氣控制：

若打線作業(yè)延遲超72小時(shí)，要進(jìn)行低溫烘焙，把吸附的濕氣烤掉。否則在封裝注塑（Molding）時(shí)，水汽膨脹會(huì)導(dǎo)致封裝開裂或界面脫層

2. 表面潔凈性：

焊盤若有污染或氧化層，會(huì)直接導(dǎo)致打線失敗（金球脫落、魚尾不粘）

必要時(shí)可使用等離子清洗機(jī)進(jìn)行表面活化處理，恢復(fù)焊接性

八、打線后的可靠性隱患有哪些？

九、打線在整個(gè)封裝流程的位置

1. 晶圓切割 → 2. 芯片貼片 → 3. 銀膠烘焙 → 4. 打線鍵合 → 5. 封裝成型 → 6. 電性測(cè)試 → 7. 成品分選

總結(jié)

打線鍵合是芯片封裝中最細(xì)致、最關(guān)鍵的工序之一，涉及機(jī)械精度、材料性能、熱/超聲參數(shù)控制等多方面的綜合考量。金線雖細(xì)如發(fā)絲，但卻承擔(dān)著整個(gè)芯片與外部世界溝通的重任。