SamsPcbGuide，第14部分：技术-微开发和板上芯片技术

在这篇自我隔离的文章中，我将讨论微引线的引线键合（英文引线键合）。在印刷电路板的背景下，我们将专注于将晶体安装在印刷电路板上的技术（英语板上芯片，COB）。一定要观看链接上的视频，微焊接非常漂亮！

焊接可将晶体与外壳的发现（封装芯片时）或直接与印刷电路板的导体（COB技术）实现电连接。电气连接的另一种方法是在外壳本身的设计中或直接在印刷电路板上（图1）将晶体倒置安装（英文倒装芯片）。

使用微线引线的安装出现在1960年代初期的第一批集成电路之后，并且至今已成功使用。倒置安装是一种现代技术，它是根据增加结论数量，提高速度和减小尺寸的要求而出现的。但是，它在确保可靠性方面存在许多设计局限性（我在此处详细介绍了这一点），并且在技术上更加复杂。

本文将不详细讨论各种焊接方法的分类和理论-这是非常大量的材料，已超出所讨论问题的范围。事实是，在其悠久的历史中，连接微线引线的技术朝着提高稳定性，可靠性，组装过程的速度，扩展设备的能力发展的方向发展，以创建形状复杂，安装密度高的焊接回路（图2）。各种各样的任务和缺乏通用技术导致搜索过程中各种焊接方法的发展。简要考虑要点。尽管方法多种多样，但所有人的共同原则是这是由于压力和接触面加热至高温直至形成原子间化合物（最常见的是金属间化合物）而形成的焊接接头。根据加热方法的不同，故障分为以下几种主要类型：热压（外部加热），超声（超声脉冲摩擦），热超声（外部加热和超声脉冲的结合）和接触（电流脉冲加热）焊接。微线端子的主要材料是铝，金，铜。用铜代替金可以降低成本，但是铜更硬，并且在空气中会迅速氧化，这使焊接过程复杂化，并且需要更复杂的设备，在焊接区域（氮气或成型气体）中形成惰性气氛。尽管制造工艺更为复杂，但铜的高导电率仍可替代功率器件故障中的铝。

展开过程中，焊丝的轴可以平行定向-这是楔形楔形（楔形接合），也可以垂直-楔形焊缝（英式球形接合）（图3）。回路通常具有两个接触点，因此，根据焊接点的类型，焊接方法分为“球形楔”和“楔形楔”。最常见的是楔形楔形铝线的超声波焊接（视频）和金/铜球形楔形线的热声焊接（视频）。在后一种情况下，焊丝的尖端与火花放电（视频）熔合在一起形成一个球，这只会使焊接过程更加美观。对于功率设备，使用铝和金胶带（视频 与别致的配乐）。

超声/热超声焊接的关键参数是超声脉冲的焊接力，功率和持续时间。对于给定的焊接设置，特定的焊丝（直径，刚度），特定的烹饪工具，接触垫的特定参数（尺寸，材料），它们的组合应在保证连接可靠性参数的情况下确保焊接过程的可重复性。直接控制的参数是外观，拉拔力（Eng。拉力测试）和剪切力（Eng。剪切力测试）（图4），间接地-产品在热循环和其他测试中的故障。

参数的选择在某种程度上是一个神奇的过程，但是有很多建议。通常，它是通过科学戳法执行的设计实验（DOE），即参数在一定范围内的顺序枚举。在此搜索中，您可以基于已发布的有关参数优化的结果（例如，文章[1、2]），设备制造商的建议以及获得的经验。接下来，对每组参数执行测试解耦，然后控制外观和分离/移动的力度。为了控制外观，增加x100并具有测量线性尺寸的能力就足够了（图5），使用专用设备测量撕裂/移位力（例如，对于实验室任务，您可以使用带钩的克计，手动移位并检查断裂形状） （放大倍数x100 ... 200及更高）。为了评估外观，重要的是要查看尽可能多的美丽和丑陋的焊接点的显微照片（此处这里和这里，例如，有一些具有说明的优质显微照片），因为根据我的经验，展开的美感与其质量之间存在关联。此外，根据经验，可以了解如何在设置参数以获得期望的结果（焊接时没有足够的精力或过多的功率）时改变它们，也就是说，搜索变得越来越有意识和方向性。一次，从焊接的形成和参数对焊接质量的影响的理论中阅读文章对我很有帮助[3，4]。然而，这些同样精彩的文章[5，6]，作者（以这种方式表示的纪念碑）在其中研究了使用高速相机形成回路的情况。因此，阅读的文章数最多可以达到100条，煮沸和撕破的跳线可以达到10,000条，而在此过程中产生的魔力将略微减少。距离安装还有很多当然，这取决于-经过艰苦的奋斗，我从​​白俄罗斯EM-4450机器中榨出了最大量。

现在回到使用COB技术的印刷电路板及其设计的某些功能。该技术用于降低成本，或者在微型微型化的情况下，用于创建多芯片模块和组件（特别是LED）。在图。图6显示了其中一个演示文稿的图像Wurth Electronics对此主题提供了设计建议。提出的尺寸限制可以作为指导，此外，建议使用烹饪工具的3D模型检查所有KP的可用性，从而避免实际上已经出现的问题。重要的是要注意，应在焊接区的印刷电路板上取下掩模，以免干扰烹饪工具的工作平面。最好不要使用晶体下面的区域进行跟踪，而应在此处放置安装垫（如图所示），尤其是在晶体的底部具有电势或需要将其安装在导电粘合剂上以增加散热的情况下。可以将晶体安装在掩模上，特别是在进一步复合晶体的情况下。晶体也可以安装在印刷电路板上的切口中。pcb腔）与CP处于相同或更高的拓扑层中。

关于描画的下一个细微差别是建议将控制单元在印刷电路板上的方向对准金线的焊接环的方向。我仅在编写减压程序时才了解其有效性。最重要的是，第二个烹饪点形成在毛细管的边缘（图7），并且在编写程序时会标出其中心，这在大角度下导致需要考虑这一点并在程序中移动该点的位置。换句话说，它更方便，但这不是基本限制，并且跟踪的便利性具有更高的优先级。

印刷电路板的表面涂层在行业中已达成共识：ENIG足以用于铝线，ENEPIG或电镀金的金线焊接（图8）。您为什么不能使用更便宜，更实惠的ENIG进行金线焊接？可以发现的答案是，镍漂移会导致焊接接头的性能下降，同时其可靠性也会大大降低。在ENEPIG中，钯用作阻止这种漂移的阻挡层。使用ENIG调试样品是完全可以接受的，此外，由于在所有其他条件相同的情况下，这些涂层的焊接参数都非常接近，因此更是如此。 ENEPIG在许多来源中直接表明是推荐的涂料，它提供了可靠性测试的数据[7，8]。

当在铝晶体CP上用金线或在ENIG上用铝线焊接时，会出现不希望有的Au-Al金属间化合物（“紫色瘟疫”和其他令人恐惧的词）的问题，这也引起了人们的极大关注。这个问题非常复杂，很不幸地，对于我对化学必不可少的知识的充分理解，我没有。结论是，Au-Al系统的减压是故障的潜在根源，尤其是在高温下，应进行彻底的可靠性测试。最大化拉拔力是策略之一，因为连接了焊接强度和长期可靠性（较薄的金属间层和较大的镀层面积）。

由于金的薄层，在ENEPIG上展开的球形楔的薄弱点是第二个焊接点。在将元件表面安装在印刷电路板上之后，KP的污染也使获得高质量退绕的任务变得复杂。有两种提高可靠性的方法：焊接后使用增强的凸点（英制安全凸点/球形，SB）和初步碰撞（英式球刺在球上，BSOB或对位刺球，SOS）（图9）。这些技术中的另一个优化参数是凸块相对于焊接点的位移[9，10]。根据我自己的经验，我可以说BSOB对于COB表现得很好。顺便说一下，BSOB也是不错的选择，因为它允许您将第二个焊接点放在晶体上（英制反向键合），并直接在多芯片组件中进行晶体之间的焊接。如果在评论中分享您在SB / BSOB和ENIG / ENEPIG的经验，我将感到非常高兴。

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[1]戈麦斯（J. Gomes），梅耶（M. Mayer），林炳麟（B. Lin），“开发用于优化Au球形键合工艺的快速方法”，2015
[2]金炳灿，石硕宰等。 “在发光二极管（LED）引线键合中使用响应面分析法进行球键合的工艺性能优化”，2017
[3]徐辉，刘长青等，“铝金属焊盘上热超声金球键合中的初始键形成”，2010
[4]徐辉，刘长青等。 “键合持续时间在引线键合形成中的作用：铝垫上热超声金线的足迹研究”，2010
[5]王付亮，陈云，韩磊，“热超声引线键合动态循环过程的实验研究”， 2012
[6]王福良，陈云，韩磊，“毛细管痕迹对热超声引线键合中动态环路分布演化的影响”，2012
[7]傅春贤，洪良义等。“新基板表面光洁度的评估：化学镍/化学钯/浸金（ENEPIG）”，2008
[8] Kuldip Johal，Sven Lamprecht，休·罗伯茨，“化学镍/化学钯/金和铝的沉金电镀工艺于高温应用的金属丝键合”，2000
[9] Nan Chunyan，Michael Mayer等。“在降低的工艺温度下增强20微米直径线键合的金凸点”，2011
[10] Young K. Song和Vanja Bukva，“对ENEPIG成品PCB的挑战：金球键合和焊盘金属提升”，2017年