引线键合(wire bonding，WB)引线键合的定义：用金属丝将芯片的I/O端（内侧引线端子）与相对应的封装引脚或者基板上布线焊区（外侧引线端子）互连，实现固相焊接过程，采用加热、加压和超声能，破坏表面氧化层和污染，产生塑性变形，界面亲密接触产生电子共享和原子扩散形成焊点，键合区的焊盘金属一般为Al或者Au等，金属细丝是直径通常为20~50微米的Au、Al或者Si—Al丝。

历史和特点1957 年Bell实验室采用的器件封装技术，目前特点如下：• 已有适合批量生产的自动化机器；• 键合参数可精密控制，导线机械性能重复性高；• 速度可达100ms互连（两个焊接和一个导线循环过程）；• 焊点直径：100 μｍ↘ 50μｍ，↘ 30 μｍ；• 节距：100 μm ↘55 μm，↘35 μm ；• 劈刀(Wedge,楔头)的改进解决了大多数的可靠性问题；• 根据特定的要求，出现了各种工具和材料可供选择；•已经形成非常成熟的体系。

应用范围低成本、高可靠、高产量等特点使得它成为芯片互连的主要工艺方法，用于下列封装（适用于几乎所有的半导体集成电路元件，操作方便，封装密度高，但引线长，测试性差）1.陶瓷和塑料BGA、单芯片或者多芯片2.陶瓷和塑料 (CerQuads and PQFPs)3.芯片尺寸封装 (CSPs)4.板上芯片 (COB)两种键合焊盘1.球形键合球形键合第一键合点第二键合点2.楔形键合楔形键合第一键合点第二键合点三种键合（焊接、接合）方法引线键合为IC晶片与封装结构之间的电路连线中最常使用的方法。

主要的引线键合技术有超音波接合（Ultrasonic Bonding, U/S Bonding）、热压接合(Thermocompression Bonding,T/C Bonding)、与热超音波接合(Thermosonic Bonding, T/S Bonding)等三种。

机理及特点1.超声焊接：超音波接合以接合楔头(Wedge)引导金属线使其压紧于金属焊盘上，再由楔头输入频率20至60KHZ，振幅20至200μm，平行于接垫平面之超音波脉冲，使楔头发生水平弹性振动，同时施加向下的压力。

使得劈刀在这两种力作用下带动引线在焊区金属表面迅速摩擦，引线受能量作用发生塑性变形，在25ms内与键合区紧密接触而完成焊接。

常用于Al丝的键合。

键合点两端都是楔形。

铝合金线为超音波最常见的线材；金线亦可用于超音波接合，它的应用可以在微波元件的封装中见到。

特点：1.适合细丝、粗丝以及金属扁带。

2.不需外部加热，对器件无热影响3.可以实现在玻璃、陶瓷上的连接4.适用于微小区域的连接步骤：2.热压焊：金属线过预热至约300至400℃的氧化铝(Al 2 O 3 )或碳化钨（WC）等耐火材料所制成的毛细管状键合头（Bonding Tool/Capillary,也称为瓷嘴或焊针），再以电火花或氢焰将金属线烧断并利用熔融金属的表面张力效应使线之末端成球状（其直径约金属线直径之2倍），键合头再将金属球下压至已预热至约150至250℃的第一金属焊盘上进行球形结合（Ball Bond）。

在结合时，球点将因受压力而略为变形，此一压力变形之目的在于增加结合面积、减低结合面粗糙度对结合的影响、穿破表面氧化层及其可能阻碍结合之因素，以形成紧密之结合。

步骤：1.利用微电弧使丝端头融化成球状，通过送丝压头将球状端头压焊在裸芯片电极面的引线端子，形成第一键合点。

2.然后送丝压头提升，并向基板位置移动在基板对应的导体端子上形成第二键合点，完成引线连接过程3.热声焊：为热压结合与超音波结合的混合方法。

热超音波结合也先在金属线末端成球，再使用超声波脉冲进行导线材与金属接点间之结合。

热超音波结合的过程中结合工具不被加热而仅仅是结合之基板维持在100至150℃的温度，此一方法除了能抑制结合界面介金属化合物(Intermetallic Compounds)之成长之外，并可降低基板的高分子材料因温度过高而产生劣化变形的机会，因此热超音波结合通常应用于结合困难度较高的封装连线。

金线为热超音波结合最常被使用的材料。

工作原理：在超声键合机的基板支持台上引入热压键合法中采用的加热器，进行辅助加热；键合工具采用送丝压头，并进行超声振动；由送丝压头将Au丝的球型端头超声热压键合在基板的布线电极上。

三种引线连接方法对比键合材料1.引线－金丝•广泛用于热压和热声焊，•丝线表面要光滑和清洁以保证强度和防止丝线堵塞，•纯金具有很好的抗拉强度和延展率•高纯金太软，一般加入约5-10 ppm 重量的Be或者30-100 ppm的Cu，•掺Be的引线强度一般要比掺Cu的高10-20%。

2.铝丝•纯铝太软而难拉成丝，一般加入1% Si 或者1% Mg以提高强度。

•室温下1% 的Si 超过了在铝中的溶解度，导致Si的偏析偏析的尺寸和数量取决于冷却数度，冷却太慢导致更多的Si颗粒结集。

Si颗粒尺寸影响丝线的塑性，第二相是疲劳开裂的萌生潜在位置。

•掺1%镁的铝丝强度和掺1% 硅的强度相当。

•抗疲劳强度更好，因为镁在铝中的均衡溶解度为2%,于是没有第二相析出。

4.铜丝• 最近人们开始注意铜丝在IC键合中的应用；• 便宜，资源充足；• 在塑封中抗波动（在垂直长度方向平面内晃动）能力强；• 主要问题是键合性问题；• 比金和铝硬导致出现弹坑和将金属焊区破坏；• 由于易氧化，要在保护气氛下键合。

键合的失效键合失效–焊盘产生弹坑这是一种超声键合中常见的一种缺陷，指焊盘金属化下面的半导体玻璃或者其他层的破坏。

像一块草皮形状，更一般的是难以肉眼看得见。

它会影响电性能。

原因有多种：•过高的超声能导致Si晶格点阵的破坏积累。

•太高或者太低的键合压力。

•键合头运动到焊盘的速度太大。

•球太小导致坚硬的键合头接触了焊盘•1-3 微米厚的焊盘发生破坏的可能性小，小于0.6微米厚的焊盘容易破坏。

•丝线和焊盘硬度匹配可达到最优的效果。

•在Al的超声键合中，丝线太硬容易导致弹坑的产生键合失效-键合点开裂和翘起键合点的后部过分地被削弱，而前部过于柔软会导致开裂。

在弧度循环中丝线太柔软也是一个导致这种现象产生的原因。

这种开裂常常发生在Al楔形键合第一点和球形键合的第二点。

键合失效-键合点尾部不一致楔形键合容易发生这种问题，又极其不容易解决。

原因有：•丝线的通道不干净。

•丝线的进料角度不对。

•劈刀有部分堵塞。

•丝线夹太脏。

•不正确地丝线夹距或者夹力。

•丝线张力不对。

尾部太短会导致键合力加在过小的面积上，产生较大的变形；太长又会导致焊盘间的短路。

可靠性失效-丝线弯曲疲劳键合点根部容易发生微裂纹。

器件在使用中，这种微裂纹在丝线的膨胀和收缩下会沿丝线扩展。

丝线的弯曲会导致键合点根部应力的反转，最后导致疲劳失效。

而且这种弯曲会在器件使用的热循环中反复发生。

•Al的热声焊比热压焊在这方面更可靠。

•含0.1% 镁的铝比含1％硅的Al丝在这方面效果好的多。

•弧度的高度最好小于两个键合点距离的25%以减少丝线的弯曲。

可靠性失效-键合点翘起键合过程中，键合点的颈部容易发生断裂，导致电气失效。

金属铊（TI）是主要原因，它与金形成低熔点共晶，并向丝线传递。

铊很容易扩散到晶界而聚集. 在塑封温度循环中，颈部断裂。

球形的破裂也会导致键合点翘起。

可靠性失效－键合点腐蚀•腐蚀容易导致电气短路和断路。

•腐蚀是在潮气和污染条件下发生的。

•例如卤素的存在会导致金属盐的形成而发生腐蚀。

•腐蚀会增加结合点的电阻。

键合失效－引线框架腐蚀•镀层污染过多和较高的残余应力会导致这种腐蚀。

例如42号合金或者铜上镀Ni就会发生中问题。

•在组装过程中，引脚弯曲会产生裂纹，并暴露在外部腐蚀条件下，同时应力腐蚀导致的裂纹也会萌生，尤其是对42号合金。

•在一定的温度、湿度、和偏压下，腐蚀就会因污染、镀层中的孔隙等而发生。

•电流腐蚀会很厉害，因为引线镀层对于基体金属而言是阴极。

•最敏感的地方是引脚和模压化合物的界面。

可靠性失效－金属迁移•从键合焊盘处的枝晶生长是IC的一种失效机制。

•本质上这是一种电解过程：在金属、聚集的水、离子群以及偏压的存在下，金属离子从阳极区迁移到阴极区。

•这种迁移现象导致临近区域的电流泄漏以及短路。

•Ag的迁移最常见，但在一定条件下，Pb, Sn, Ni, Au和Cu也可能发生。

可靠性失效—振动疲劳•振动力一般不足以产生失效破坏，但大元件有时会发生。

•对于Au键合，能导致失效反应的最小频率为3到5 kHz 。

•对于Al键合，能导致失效反应的最小频率为10 kHz 。

•一般地，振动疲劳导致的失效发生在超声清洗中，建议频率为20到100 kHz 。

未来的键合技术•键合间距进一步减小，未来10年内，40微米的高可靠性键合•键合弧度低于150mm以适应微型化的发展。

•高可靠的Cu键合。

•快速的键合周期和低温键合技术以适应BGA的严格要求。

•高精度的摄像和位置反馈系统和伺服系统。

•多旋转头的键合设备。

•面临极大的键合数量将导致生产设备的大量占地面积。