为了更好地理解键合的基本观点，在本文中，我们将重点谈论引线键合，这一传统的方法。
1、键合法的发展进程
图1. 键合法的发展史：引线键合→加装芯片键合→硅穿孔
为了确保半导体芯片在各个领域正常运行，必须从外部供应偏压（Bias voltage）和输入旗子暗记。因此，须要将金属引线与芯片焊盘连接起来。早期，人们通过焊接的方法将金属引线连接到芯片焊盘上。
自1965年至今，这种连接方法经历了多种不同的发展办法，从引线键合（Wire Bonding）到加装芯片键合（Flip Chip Bonding），再到TSV技能。
引线键合是利用金属引线进行连接的方法；加装芯片键合则是利用凸点（bump）代替金属引线，增加了连接的柔韧性；而TSV作为一种全新的方法，通过数百个孔将高下芯片与印刷电路板（Printed Circuit Board，简称PCB）连接在一起。
2、键合法的比较
引线键合(Wire Bonding)和加装芯片键合(Flip Chip Bonding)
图2. 引线键合VS加装芯片键合的工艺
芯片键互助为切割工艺的后续步骤，是将芯片固定到基板（substrate）上的一项工艺。引线键合则作为芯片键合的下一步工序，是确保电旗子暗记传输的关键步骤。另一种类似于引线键合的连接方法是加装芯片键合，这两种方法都利用直径非常小的金属物体来连接芯片中的焊盘和PCB上的焊盘（在引线键合中仅限于引线框架）。
与引线键合比较，利用金属引线连接的方法存在以下几个缺陷：金属引线较长且直径较小，导致电旗子暗记传输延迟较长；由于金属引线的高阻抗，旗子暗记随意马虎失落真。此外，由于焊颈随意马虎断开且结合强度相对较弱，拉伸强度相对较差。相反，虽然加装芯片键合方法中操作连接器小锡球有一定繁芜性，但在连接可靠性和电旗子暗记传输等方面具有许多上风。
3、引线键合（Wire Bonding）是什么？
图3. 引线键合的构造（载体为印刷电路板（PCB）时）
引线键合是一种将金属引线连接到焊盘上的技能，用于连接内部和外部芯片的方法。在构造上，金属引线在芯片的焊盘（一次键合）和载体的焊盘（二次键合）之间起到桥梁的浸染。在早期，引线框架（lead frame）被用作载体基板，但随着技能的不断进步，如今越来越多地利用PCB作为基板。连接两个独立焊盘的引线键合涉及引线的材料、键合条件、键合位置（不仅连接芯片和基板，还可能连接两个芯片或两个基板）等方面的显著差异。
4、引线键合法
图4. 引线键合法
金属引线连接到焊盘的方法紧张有三种：热压法（thermo-compression method）、超声波法（Ultrasonic）和热超声波法（Thermosonic）。
热压法是通过加热和压缩将焊盘和毛细管劈刀（类似于毛细管状的移动金属引线工具）连接在一起的方法。首先将芯片焊盘预热至约200℃，然后加热毛细管劈刀尖端使其成为球状，末了通过施加压力将金属引线连接到焊盘上。
超声波法是在楔形劈刀（类似于毛细管劈刀但不形成球状）上施加超声波，实现金属引线与焊盘连接的方法。这种方法的优点在于工艺和材料本钱较低，但由于超声波取代了加热和加压的过程，因此键合的拉伸强度相对较弱。
热超声波法结合了热压法和超声波法的优点，是半导体工艺中最常用的方法。通过同时施加热、压力和超声波于毛细管劈刀，使其在最佳状态下进行连接。
在半导体的后端工艺中，键合的强度比本钱更为主要，因此只管热超声波法的本钱较高，但金丝热超声波法是最常采取的键合方法。金鉴实验室作为一家供应检测、鉴定、认证和研发做事的第三方检测与剖析机构，致力于为汽车家当链供应创新的品质办理方案，提升中国制造的质量水平。金鉴实验室能够为集成电路、PCB/PCBA、电子辅料等供应全面的性能检测、可靠性验证和失落效剖析做事，并根据不同产品测试需求制订得当的测试方案，供应一站式办理方案。
5、键合金属引线的材质：金/铝/铜
金属引线的材质选择是根据综合考虑各种焊接参数，并结合最适当的方法来确定的。这些参数涉及多个方面，包括半导体产品类型、封装种类、焊盘大小、金属引线直径、焊接手法，以及金属引线的抗拉强度和伸长率等与相信度干系的指标。常见的金属引线材质包括金（Au）、铝（Al）和铜（Cu）。金丝常日用于半导体封装中。
金丝具有良好的导电性、化学稳定性和抗堕落能力。比较之下，早期常用的铝丝随意马虎受堕落。金丝硬度较高，在一次键合中可以形成良好的球状，并在二次键合中形成适当的半圆形引线环（Loop）。
铝丝比金丝直径更大，间距也更大。纵然利用高纯度金丝形成引线环也不易断裂，但纯铝丝随意马虎断裂，因此常日会掺入硅或镁等合金元素。铝丝紧张用于高温封装（如Hermetic）或无法利用金丝的超声波法等场合。
铜丝价格便宜，但硬度太高。硬度过高会导致难以形成球状，且在形成引线环时存在限定。在球键合过程中须要施加压力到芯片焊盘上，硬度过高会导致焊盘底部薄膜涌现裂纹，乃至引发焊盘层的“剥落”征象。只管如此，由于芯片金属布线常日采取铜制，因此越来越多地选择铜丝。为战胜铜丝的缺陷，常日会掺入少量其他材料形成合金后利用。
6、金铝丝材质不同，引线键合法也不同
在引线键合过程中，毛细管劈刀可以说是最关键的工具。常日，毛细管劈刀用于金丝键合，而楔形键合则利用铝丝。毛细管劈刀通过形成球状来实现键合，而楔形键合则无需形成球状。楔形劈刀在形状上与晶圆末端的毛细管劈刀不同，并且连接和割断引线的方法也不同。
金丝常日采取“热超声波-毛细管劈刀-球”引线键合方法，而铝丝则采取铝丝楔形键合法（Aluminum Wedge Wire Bonding），即“超声波-楔形键合”的方法。由于铝丝的抗拉强度较低，只能在分外情形下利用，因此在90%以上的情形下会选择“金丝-热超声波法”。
然而，热超声波法也存在缺陷，即球颈随意马虎变脆。因此，须要非常谨慎地管理热影响区（HAZ，即在金属引线材质被毛细管高温轻微熔化后，在凝固过程中再结晶的区域）。
7、利用金丝的球键合
图5. 一次键合：在芯片焊盘上的球引线键合
最常用的“热超声波金丝球键合法”（Thermosonic Gold Ball Wire Bonding）常日分为两个键合阶段。
在一次键合过程中，金丝穿过毛细管劈刀中心的小孔，金丝末端被加热至融化形成金丝球（Gold Ball）。随后，开释夹持金属丝的夹钳，施加热、压力和超声波振动。当毛细管劈刀打仗焊盘时，形成的金丝球会粘合到加热的焊盘上。完成一次球键合后，将毛细管劈刀提升到比预先丈量的环路高度略高的位置，并移动到二次键合的焊盘上，从而形成一个引线环（Loop）。
图6. 二次键合：PCB焊盘上的针脚式键合
在二次键合过程中，施加热、压力和超声波振动到毛细管劈刀，将第二次形成的金丝球碾压在PCB焊盘上，完成针脚式键合（stitch bonding）。针脚式键合后，若引线连续断裂，进行拉尾线（Tail Bonding），形成一尾线（wire tail）。随后，收紧毛细管劈刀的夹钳（夹住引线）、断开金属引线，结束二次金丝球键合。
本日，我们紧张谈论了引线键合法与材料之间的相互浸染，以及引线键合的详细方法。只管本文仅简要先容了可靠性和引线键合中可能涌现的问题，但须要铭记，在引线键合过程中，创造问题并找出办理方案的主要性。理解各种成分之间的权衡关系至关主要。
