半导体封装过程wirebond中wireloop研究与其优化.docx

南京师范大学电气与自动化科学学院毕业设计（论文）半导体封装过程wire bond中wire loop的研究及其优化专 业 机电一体化班级学号 22010439学生姓名 刘晶炎单位指导教师 储―学校指导教师 张朝晖评阅教师 2005年5月30日摘要在半导体封装过程中，IC芯片与外部电路的连接一段使用金线（金线的直径非常小0.8-2.0 mils）来完成，金线wire bond过程中可以通过控制不同的参数来形成不同的loop形状，除了金 线自身的物理强度特性外，不同的loop形状对外力的抵抗能力有差异，而对于wire bond来说, 我们希望有一种或几种loop形状的抵抗外力性能出色，这样，不仅在半导体封装的前道，在半 导体封装的后道也能提高mold过后的良品率，即有效地抑制wire sweeping, wire open.以及由 wire sweeping引起的bond short.因此，我们提出对wire loop的形状进行研究，以期得到一个能 够提高wire抗外力能力的途径对于wire loop形状的研究，可以解决：（1） 金线neck broken的改善2） BPT数值的升高3） 抗mold过程中EMC的冲击力加强。

4） 搬运过程中抗冲击力的加强关键词：半导体封装，金线，引线焊接,线型AbstractDuring the process of the semiconductor assembly, we use the Au wire to connect the peripheral circuit from the IC. (The diameter of the Au wire is very small .Usually, ifs about 0.8mil〜2mil.) And during the Au wire bonding, we can get different loop types from control the different parameters. Besides the physics characteristic of the Au wire, the loop types can also affect the repellence under the outside force. For the process of the wire bond, we hope there are some good loop types so that improve the repellence under the outside force. According to this, it can improve the good device ratio after molding. It not only reduces the wire sweeping and the wire open of Au wires but also avoid the bond short cause by the wire sweeping.Therefore, we do the disquisition about the loop type for getting the way to improve the repellence under outside forces.This disquisition can solve the problem about:(1) Improve the neck broken of Au wire.(2) Heighten the BST data.(3) Enhance the resist force to EMC during the molding process.(4) Decrease the possibility of device broken when it be moved.Keyword: the semiconductor assembly, Au wire, wire bond, wire loop.目录摘要 Abstract 1绪论 1.1本课题研究的意义 1.2环境及实验设备简介……1.3主要的研究工作 2基础知识介绍 2.1 wire bond的介绍及基本原理 2.2 wire loop 的基本参数 2.2.1 loop type （弧型） 2.2.2 LH （弧高） 2.2.3 reverse distance （反向线弧长度） 2.2.4 RDA （反向线孤角度） 2.2.5 2nd kink （第二弯曲点） 2.2.6 2nd kink HT factor （第二弯曲点高度因素） 2.6.7 span length （水平长度） 2.3 mold 的基本概念 2.4 BPT测试的简单介绍3实验设备及环境条件 3.1实验材料 3.2实验设备介绍 3.2.1 wire bond 设备 3.2.2 BPT测试仪 3.2.3 mold设备及wire sweeping测试设备3.3环境条件 4实验设计及数据处理 4.1实验设计及研究方法 4.2实验过程及数据采集 4.2.1 loop type: Q-LOOP (1) 4.2.1.1 参数 4.2.1.2BPT 数据…4.2.1.3 wire sweeping 测试数据 4.2.2 loop type: Q-LOOP(2) 4.2.2.1 参数 4.2.2.2BPT 数据 4.2.2.3 wire sweeping 测试数据 4.2.3 loop type: SQUARE-LOOP(l) 4.2.3.1 参数 4.2.3.2BPT 数据 4.2.3.3 wire sweeping 测试数据 4.2.4 loop type: SQUARE-LOOP(2) 4.2.4.1 参数 4.2.4.2 BPT 数据 4.2.4.3 wire sweeping 测试数据 4. 3数据处理分析及其结果 4.3.1实验数据处理 4.3.2数据分析及分析结果 4.3.2.1BPT数据分析及结果 4.3.2.2 wire sweeping测试数据分析及结果4.3.2.3综合分析及结果 5理论计算5.1关于理论计算的说明5.2转动惯量的概念5.2.1转动惯量的定义5.2.2移轴定理5.3转动惯量条件下S弧与Q孤的比较5.3.1 S孤的转动惯量5.3.2 Q孤的转动惯量5.3.3 一定条件下两孤的比较计算5.4转动惯量对S孤模型的影响5.4.1 S孤模型15.4.2 S孤模型25.5转动惯量对Q孤模型的影响5.5.1 Q孤模型15.5.2 Q弧模型26结论绪论1.1本课题研究的意义在现在的半导体封装中，大多在对金线的机械强度的提高在做努力，即提高原材料的机械 强度，而对wire loop形状的研究还鲜有报道，即使有这方面的研究也并未正式公开的发表相关 论文。

所以，在这方面的深入研究还是很有意义的1.2环境及实验设备简介固定一种金线（2. Omil）作为实验原材料，固定实验机器为ASM*Eagle 60 wire bonder进行 实验注：lmil=25.4um）1.3主要的研究工作本设计主要的研究工作是对芯片进行引线焊接所行成的各种不同线型的研究分析我们通 过设计实验的方法将其进行优化，以提高金线承受外力的能力，并最终指导实际生产工具2基础知识介绍2. 1wire bond的基本原理Wire bonding是一种使用了热能、压力以及超声能量的芯片内互连技术，本质上是一种固相 焊接工艺用金线或铝线把芯片上的焊盘与引线框架上的相应引脚连接起来，以实现芯片与外部电路连 接的功能，如图2.1.1c图 2. 1. 1本设计中金线的wire bond采用热超声法，其将焊件加热到200~250oC,使用劈刀图2.1.2是 wire bond-ball bonding 的大致过程Descent to First BondPayout Wire for Wire Loopon Lead Frame/ Chip CarrierRise to Controlled Tail Length (for new ball formation)Electro nt Flame Off (EFO) to Form New Ball图2. 1.2 W/B过程Bond过程是一个极其复杂的过程，它汇集了计算机控制技术、高精度图像识别处理技术 (PRS)、高精度机械配合、自动控制反馈等高科技。

Wire bond技术的发展是围绕封装技术的发展进行的目前还是最成熟的芯片内互连技术 在任何开发出的新封装类型中都可以应用WB技术随着技术的发展，提出了超细间距BOND 技术、铜线BOND技术、带BOND技术等新技术，也给我们带来了新的研究课题同时我们也 应该看到，毕竟作为一种“老”技术也有不可避免的缺点如：线长带来阻抗增加和电感增大， 从而限制了对高频器件封装的选择，另外散热性能也没有裸倒装芯片来得好不过掌握wire bond 技术从而保证生产的稳定，对公司的发展来说有重要的意义2. 2 wi re loop的基本参数2. 2. 1 loop type (弧型)图 2.2.1.1 Q-LOOP2. 2. 2 LH (弧局)2.2.4 RDA （反向线弧角度）2.2.5 2nd kink （第二弯曲点）2. 2. 6 2nd kink HT factor （M二弯曲点高度因素）2. 2. 7 span length （水平长度）图2.2.7 span length （水平长度）2.3 mold的基本概念Mold就是把已经Wire-bond完成后的材料用EMC包装起来，从而达到保护Chip,使其免受 外界的因素，包括热辐射、机械冲击、化学腐蚀等因素的影响、维持其本身所具有的电子性能, 因而Mold工程对PKG技术的发展具有很重要的意义。

其中的封装材料EMC是Epoxy Molding Compound的缩写，其性质为一热固性树脂EMC 在高温作用下，其中的一部分颗粒受热后逐步融化，但当温度继续上升时，这部分物质反而又 逐渐反应成为固体，而且其过程不逆转，如此循环，直至全部颗粒反应结束由于反应是不可 逆的，因此保证了 PKG在使用过程中产生的热量不会对其外形产生太大的影响2.4 BPT测试的简单介绍BOND PULL TEST简称BPT是测量PAD和LEAD的BOND质量的一种方法利用测力 的小钩，在LOOP的规定的位置测量WIRE BROKEN力的大小，并观察是否有LEAD OPEN、 PAD OPEN 和 METAL OPEN 等不良1H图 2.4 Bond pull testIN, IM, IP, 1C2H3实验设备及环境条件3. 1实验材料实验材料采用金线直径=2mil,纯度＞99. 9999%,如图3.1芯片采用LVIC,尺寸为95*93(mil)Lead Frame (引线框架)采用 TO-220 D-PAK 的3.2图3.1金线实验设备介绍3.2.1 wire bond 设备如图3. 2. 1:Keyooa。