1、 易飞扬 通信（ ） 全球光互连技术革新者 1 金丝球焊接工艺 随着金丝球焊技术的发展，金丝球焊已经成为目 前光器件 内部微小元件电路连接的主要焊接方式。随着速率的提升， 光器件 封装对于金丝球焊的要求也越来越高。因此，我们的工艺人员有必要从金丝球焊的原理和设备上有更深入的认识，我们的一线金丝球焊员工必须对焊接过程、焊接方法和焊接质量的评定有一定的了解。 金球 金丝在瞬间高电压下产生大电流使金丝自身溶化，并在尾部形成的金球，英文简称 FAB,如图1 图 1 图 2 金丝球焊是利用压力，功率，时间，温度和超声波能量使得金球和被焊接金属表面形成共晶层，以金丝连接元件达到元件间电路连接之目的的方法，
2、如图 3。 图 3 劈刀 金丝球焊过程中所用到的将金丝焊接到焊盘上的锥形载体，主要成分是氧化铝陶瓷材料，英文名称 Capillary，如图 2。 球径 金丝球焊工艺中所形成的实际球型的直径，如图 4中 A所示。 球厚 易飞扬 通信（ ） 全球光互连技术革新者 2 金丝球焊工艺中所形成的实际球型的厚度，如图 4中 B所示 。 弧高 金丝球焊工艺中所形成的从焊盘到金丝弧顶的高度，如图 5中 C所示。 鱼尾宽度和长度 金丝球焊工艺 中所形成的第二焊点鱼尾状焊接面的宽度和长度，如图 6中 D和 E所示。 金丝球焊机类型，工作环境及其组成结构 业内目前用的金丝球焊设备有全自动和半自动两种备， 图 7-1
3、是 KaijoF880型全自动球焊机；图 7-2是 Westbond7700型半自动球焊机。 图 7-1 易飞扬 通信（ ） 全球光互连技术革新者 3 图 7-2 设备要求 a) 整机具有可靠接地系统； b) 超声时间：分级可调； c) 超声功率：分级可调； d) 焊接压力：分级可调； e) 烧球电流：分级可调； f) 烧球时间：分级可调； g) 烧球尾丝长度：可手动调 整或分级可调； h) 焊接温度： 0 250可调； i) 显微镜： 550 倍可调整，焦距可调整 工作环境：万级以上的无尘室。 金丝球焊机结构 按照设备功能来分可以分为：烧球系统、输线系统、加热系统、超声传导系统、目视系统、软
4、硬件操作系统。 烧球系统 球焊机利用打火杆产生的瞬间高电压溶化金丝形成金球。 输线系统 保证金丝与焊接面间的角度不变，每次出线的长度一致。 加热系统 为焊接提供温度保证。 超声传导系统 超声发生部件通过超声传导杆的作业将超声能量和压力传给劈刀，劈刀再作用于金球与焊盘上，以形成有效焊接。 目视系统： 易飞扬 通信（ ） 全球光互连技术革新者 4 主要是体式显微镜，为操作员提供放大的焊接图像，利于操作。 软硬件操作系统： 参数的调节和焊点的定位及弧高的控制。 金丝球焊机工作时序 金丝球焊机按照烧球 、 一焊 、 拉线弧 、 二焊 、 切线尾 、 烧球的顺序完成一次焊线，按照此模式重复以上步骤，完成
5、连续的焊线工作，如图 8-1。 图 8-1 金丝球焊机参数设置及劈刀、金丝的选用 金丝的选用 金丝纯度要求 99.9%以上，直径可选 18um、 20um、 23、 25um，目前我司主选 18um 和 25um。 劈刀的选用 劈刀的选择重点需确定劈刀的 H、 CD、 T 三大参数。 其中 H 等于 1.2-1.5 倍金丝直径； CD 等于1/2-2/3倍焊盘大小； T 需根据所做产品二焊的需求来选定。 易飞扬 通信（ ） 全球光互连技术革新者 5 工艺参数的设置 根据不同的产品，其参数需做 DOE 来确定，主要管控参数为 Power、 Force、 Time。在参数设置过程中，可参照下述调整
6、方法： 外观标准 球径大小 球径大小应该满足大于金丝直径的 2 倍且小于金丝直径的 5 倍，如图 9 所示 图 9 球厚大小 球厚应该满足大于球径的 1/6 且小于球径的 1/3，且不得大于 2 倍线径 金球过薄 球厚适合 易飞扬 通信（ ） 全球光互连技术革新者 6 第一焊点位置 1） 不允许焊点偏位连接到另一焊盘或其他金属区造成短路，如图 11所示； 图 11 球偏造成不同焊盘短路，不合格 至少有 75%以上的金球在焊盘内，如图 12 所示。 75%金球位于焊盘内，合格 仅 50%金球位于焊盘内，不合格 图 12 第二焊点位置 1）对于区域 B，不允许任何键合区超出焊盘。 2）对于区域 A
7、 和 C，允许 1/2 键合区域超出焊盘，但必须通过金线拉力测试，如图 13 所示 易飞扬 通信（ ） 全球光互连技术革新者 7 图 13 球型 1）第一焊球的金线与金球接触的面积必须完全在球型上。 2）第一焊球的金线必须完全在焊盘的区域之上，如图 14 所示 金线不完全在球型上 ,不合格 金线完全在球型上 ,合格 图 14 鱼尾宽度、长度和形状 1）鱼尾的宽度应该满足大于金线直径的 1.2倍且小于金线直径的 5倍。 2）鱼尾的长度应该满足大于金线直径的 0.5倍且小于金线直径的 3倍。 3）鱼尾压痕必须覆盖整个金线的宽度，如图 15所示。 图 15 线间距 1） 任何线与线 之间的距离必须大
8、于 2 倍金丝直径； 2） 任何线与管芯、 IC、陶瓷、电容的距离必须大于 2 倍金丝直径，如图 16 所示。 易飞扬 通信（ ） 全球光互连技术革新者 8 金线离 IC 太近 , 不合格 金线间距太小 , 不合格 图 16 线受损与金线断裂 金线受损超过金线直径的 1/4为不可接受； 2） 不允许有金线断裂，如图 17所示。 3） 球颈部线径变小：最细部线径，即金丝直径减少不能超过 25% 金线断裂 ,不合格 图 17 球颈或鱼尾撕裂 1） 金球的颈部不允许有裂痕； 2） 鱼尾不允许有裂痕 ，如图 18所示。 易飞扬 通信（ ） 全球光互连技术革新者 9 鱼尾撕裂 , 不合格 球颈撕裂 ,
9、不合格 图 18 弧高与塌线 1） 弧高必须在 50 - 300um之间； 2） 球根部到金丝开始弯曲的部分的距离至少大于一倍线径，不允许金丝无弧度； 3） 不允许有塌线，如图 19 所示。 弧度过高 , 不合格 金线下塌 , 不合格 图 19 焊线数量 不允许出现少焊线、多焊线、焊线连接错误、未焊线的情况 尾丝 长度 残余线尾的长度在焊盘上的不得大于二倍线径；在管柱上的不得大于 4 倍线径，如图 20 所示 易飞扬 通信（ ） 全球光互连技术革新者 10 尾丝过长 , 不合格 图 20 焊点脱落 不允许有一焊点脱落或二焊点脱落的现象，如图 21 所示。 球脱 , 不合格 二焊脱 , 不合格
10、焊点下异物 第一焊点和第二焊点的下面必须是完整的金属层，不允许焊在导电胶、焊料或是异物上。 重复焊接 不允许在同一处重复焊接。 拉力测试标准 拉力最小值与金线直径的对应关系，如表 1 易飞扬 通信（ ） 全球光互连技术革新者 11 拉力测试失效模式 如图 21 所示，球焊拉力测试后断裂模式 a-1,a-2,是合格断裂模式；断裂模式 a-3,a-4, a-5,a-6,a-7,a-8 是不合格断裂模式 拉力测试方法 拉钩的角度必须是 90 度，如图 22 所示。 易飞扬 通信（ ） 全球光互连技术革新者 12 剪切力测试标准 易飞扬 通信（ ） 全球光互连技术革新者 13 B-1 ：推球后，焊盘表面无金层残留，不合格模式 B-2 ：推球后，焊盘下底材脱落，不合格模式。 易飞扬 通信（ ） 全球光互连技术革新者 14 B-3 ：推球后，焊盘脱落，不合格模式 B-4 ：推球后，焊盘表面有金层残留，合格模式
