引線鍵合工藝
MEMS芯片的引線鍵合的主要技術(shù)仍然采用IC芯片的引線鍵合技術(shù)，其主要技術(shù)有兩種，即熱壓鍵合和熱超聲鍵合。引線鍵合基本要求有：
（1）首先要對焊盤進行等離子清洗；
（2）注意焊盤的大小，選擇合適的引線直徑；
（3）鍵合時要選好鍵合點的位置；
（4）鍵合時要注意鍵合時成球的形狀和鍵合強度；
（5）鍵合時要調(diào)整好鍵合引線的高度和跳線的成線弧度。
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常用的引線鍵合設備有熱壓鍵合、超聲鍵合和熱超聲鍵合。
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（1）熱壓鍵合法：熱壓鍵合法的機制是低溫擴散和塑性流動(PlasticFlow)的結(jié)合,使原子發(fā)生接觸,導致固體擴散鍵合。鍵合時承受壓力的部位，在一定的時間、溫度和壓力的周期中，接觸的表面就會發(fā)生塑性變形(PlasticDeformation)和擴散。塑性變形是破壞任何接觸表面所必需的,這樣才能使金屬的表面之間融合。在鍵合中,焊絲的變形就是塑性流動。該方法主要用于金絲鍵合。
（2）超聲鍵合法：焊絲超聲鍵合是塑性流動與摩擦的結(jié)合。通過石英晶體或磁力控制，把摩擦的動作傳送到一個金屬傳感器(Metal“HORN”)上。當石英晶體上通電時，金屬傳感器就會伸延；當斷開電壓時，傳感器就會相應收縮。這些動作通過超聲發(fā)生器發(fā)生，振幅一般在4-5個微米。在傳感器的末端裝上焊具，當焊具隨著傳感器伸縮前后振動時，焊絲就在鍵合點上摩擦，通過由上而下的壓力發(fā)生塑性變形。大部分塑性變形在鍵合點承受超聲能后發(fā)生，壓力所致的塑變只是極小的一部分，這是因為超聲波在鍵合點上產(chǎn)生作用時，鍵合點的硬度就會變?nèi)?，使同樣的壓力產(chǎn)生較大的塑變。該鍵合方法可用金絲或鋁絲鍵合。
（3）熱超聲鍵合法這是同時利用高溫和超聲能進行鍵合的方法，用于金絲鍵合。三種各種引線鍵合工藝優(yōu)缺點比較：
1、引線鍵合工藝過程
引線鍵合的工藝過程包括：焊盤和外殼清潔、引線鍵合機的調(diào)整、引線鍵合、檢查。外殼清潔方法現(xiàn)在普遍采用分子清潔方法即等離子清潔或紫外線臭氧清潔。
（1）等離子清潔——該方法采用大功率RF源將氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子體，高速氣體離子轟擊鍵合區(qū)表面，通過與污染物分子結(jié)合或使其物理分裂而將污染物濺射除去。所采用的氣體一般為O2、Ar、N2、80%Ar+20%O2，或80%O2+20%Ar。另外O2/N2等離子也有應用，它是有效去除環(huán)氧樹脂的除氣材料。
（2）外線臭氧清潔通過發(fā)射184.9ｍｍ和253.7ｍｍ波長的輻射線進行清潔。過程如下：184.9nｍ波長的紫外線能打破O2分子鏈使之成原子態(tài)(O+O)，原子態(tài)氧又與其它氧分子結(jié)合形成臭氧O3。在253.7nｍ波長紫外線作用下臭氧可以再次分解為原子氧和分子氧。水分子可以被打破形成自由的OH-根。所有這些均可以與碳氫化合物反應以生成CO2+H2O，并最終以氣體形式離開鍵合表面。253.7nｍ波長紫外線還能夠打破碳氫化合物的分子鍵以加速氧化過程。盡管上述兩種方法可以去除焊盤表面的有機物污染，但其有效性強烈取決于特定的污染物。例如，氧等離子清潔不能提高Au厚膜的可焊性，其最好的清潔方法是O2+Ar等離子或溶液清洗方法。另外某些污染物，如Cl離子和F離子不能用上述方法去除，因為可形成化學束縛。因此在某些情況還需要采用溶液清洗，如汽相碳氟化合物、去離子水等。
（3）引線鍵合工藝有球鍵合工藝和楔鍵合工藝兩種。
球鍵合一般采用D75μｍ以下的細Au絲。主要是因為其在高溫受壓狀態(tài)下容易變形、抗氧化性能好、成球性好。球鍵合一般用于焊盤間距大于100μｍ的情況下。目前也有用于50μｍ焊盤間距的例子。
（4）在球鍵合工藝的設計方面,一般應遵循以下原則：
（a）球的初始尺寸為金屬絲直徑的2-3倍。應用于精細間距時為1.5倍，焊盤較大時為3-4倍；
（b）終成球尺寸不應超過焊盤尺寸的3/4，是金屬絲直徑的2.5-5倍；（c）環(huán)引線高度一般為150μｍ，取決于金屬絲直徑及具體應用；
（d）閉環(huán)引線長度不應超過金屬絲直徑的100倍。但在某些多I/O情況下，引線長度可能要超過5ｍｍ。鍵合設備在芯片與引線框架之間牽引金屬絲時不允許有垂直方向的下垂和水平方向的搖擺。楔鍵合工藝既適用于Au絲，也適用于Al絲。二者的區(qū)別在于Al絲采用室溫下的超聲波鍵合，而Au絲采用150℃下的熱超聲鍵合。楔鍵合的一個主要優(yōu)點是適用于精細尺寸，如50um以下的焊盤間距。但由于鍵合工具的旋轉(zhuǎn)運動，其總體速度低于熱超聲球鍵合。
最常見的楔鍵合工藝是Al絲超聲波鍵合，其成本和鍵合溫度較低。而Au絲楔鍵合的主要優(yōu)點是鍵合后不需要密閉封裝，由于楔鍵合形成的焊點小于球鍵合，特別適用于微波器件。
（5）楔鍵合工藝的設計方面,一般應遵循以下原則：
（a）使鍵合點只比金屬絲直徑大2-3μｍ也可能獲得高強度連接；
（b）焊盤長度要大于鍵合點和尾絲的長度；
（c）焊盤的長軸與引線鍵合路徑一致；
（d）焊盤間距的設計應保持金屬絲之間距離的一致性。
（6）鍵合的方式有兩種。正焊鍵合：第一點鍵合在芯片上，第二點鍵合在封裝外殼上；反焊鍵合：第一點鍵合在外殼上，第二點鍵合在芯片上。采用正焊鍵合時，芯片上鍵合點一般有尾絲；采用反焊鍵合時，芯片上一般是無尾絲的。究竟采用何種鍵合方式鍵合電路，要根據(jù)具體情況確定。
2、引線鍵合的質(zhì)量檢查
嚴格的鏡檢可以有效的剔除內(nèi)引線鍵合的不合格。分別通過40倍左右和1000倍左右的顯微鏡觀察，可以找到鍵合位置不當、鍵合絲損傷、鍵合絲長尾、鍵合絲頸部損傷、鍵合面明顯玷污及異常、鍵合變形過大或過小、金屬化表面有擦傷、鍵合引線與管芯夾角太小、殘留的鍵絲頭在管芯上或管殼內(nèi)等問題。
3、影響引線鍵合可靠性的因素
在自動引線鍵合技術(shù)中，半導體器件鍵合點脫落是最常見的失效模式。這種失效模式用常規(guī)篩選和測試很難剔除，只有在強烈振動下才可能暴露出來，因此對半導體器件的可靠性危害極大?？赡苡绊憙?nèi)引線鍵合可靠性的因素主要有：
（1）界面上絕緣層的形成在芯片上鍵合區(qū)光刻膠或窗口鈍化膜未去除干凈，可形成絕緣層。管殼鍍金層質(zhì)量低劣，會造成表面疏松、發(fā)紅、鼓泡、起皮等。金屬間鍵合接觸時，在有氧、氯、硫、水汽的環(huán)境下，金屬往往與這些氣體反應生成氧化物、硫化物等絕緣夾層，或受氯的腐蝕，導致接觸電阻增加,從而使鍵合可靠性降低。
（2）金屬化層缺陷，金屬化層缺陷主要有：芯片金屬化層過薄，使得鍵合時無緩沖作用，芯片金屬化層出現(xiàn)合金點，在鍵合處形成缺陷；芯片金屬化層粘附不牢，最易掉壓點。
（3）表面沾污，原子不能互擴散包括芯片、管殼、劈刀、金絲、鑷子、鎢針，各個環(huán)節(jié)均可能造成沾污。外界環(huán)境凈化度不夠，可造成灰塵沾污；人體凈化不良，可造成有機物沾污及鈉沾污等；芯片、管殼等未及時處理干凈，殘留鍍金液，可造成鉀沾污及碳沾污等，這種沾污屬于批次性問題，可造成一批管殼報廢，或引起鍵合點腐蝕，造成失效；金絲、管殼存放過久，不但易沾污，而且易老化，金絲硬度和延展率也會發(fā)生變化。
（4）材料間的接觸應力不當，鍵合應力包括熱應力、機械應力和超聲應力。鍵合應力過小會造成鍵合不牢，但鍵合應力過大同樣會影響鍵合點的機械性能。應力大不僅會造成鍵合點根部損傷，引起鍵合點根部斷裂失效，而且還會損傷鍵合點下的芯片材料，甚至出現(xiàn)裂縫。
（5）環(huán)境不良超聲鍵合時外界振動、機件振動或管座固定松動，或位于通風口，均可造成鍵合缺陷。
（6）鍵合引線與電源金屬條之間放電引起失效(靜電損傷)當鍵合引線與芯片水平面夾角太小時，在ESD(靜電放電)應力作用下，鍵合引線與環(huán)繞芯片的電源線(或地線)之間因距離太近易發(fā)生電弧放電而造成失效。