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全稱引線鍵合(wire bonding)是一種電子內(nèi)互聯(lián)技術(shù),具體講便是將金屬線在熱、壓力、超聲等能量結(jié)合。
引線鍵合是一種固態(tài)焊接工藝,鍵合過程中兩種金屬材料(線和焊盤)形成緊密接觸,通過金屬原子在兩種材料中間發(fā)生電子共享、原子擴散,從而在原子層面上鍵合。
打線從鍵合能量的角度上可以分為三種,包括熱壓鍵合、超聲鍵合、熱超聲鍵合,從材料的角度上可以分為金絲、鋁絲、銅絲。
在光通信行業(yè)中,最常使用的是金絲熱超聲鍵合,原因是使用的光電芯片表面普遍鍍金,而且金的高頻性能極好,正符合熱超聲鍵合低溫,高速的特性。
使用超聲波和加熱,顯然需要專業(yè)的鍵合設備。除了以前曾提到過的共有部件(例如顯微鏡、顯示器)外,最核心的部件就是劈刀,負責對金線放電整形,牽引成焊接點。
接下來介紹引線鍵合的步驟
第一步,設備對焊盤區(qū)域進行預加熱。第二步,劈刀通過離子化空氣間隙打火,將金線末端融合成金球,第三步,劈刀下壓至焊盤上形成第一焊點。
第四步,劈刀牽引金線在焊盤上形成一條線弧,第五步,劈刀又一次下壓至焊盤,形成第二焊點,隨后將金線折斷。
根據(jù)劈刀和焊點劃分,就有球焊和楔焊兩種焊法,球焊顧名思義,焊點是一個球狀,使用毛細管劈刀,焊盤接觸面更大,可靠性高,打線速度還快,使用場景極多。
楔焊的焊點是方形的,使用楔形劈刀,接觸面小,可靠性也較差,打線速度相對較慢,一般只用在高頻信號焊盤之間的打線。

打線前需要清潔器件,確保焊盤優(yōu)秀的可焊性,等離子體是由正負離子和自由電子等帶電和不帶電粒子的部分電離氣體,由于正負相等,所以叫等離子體。
是物質(zhì)除固體液體氣態(tài)以外的第四態(tài)。在電子清潔中,主要是低壓氣體輝光等離子體。用這些活性粒子和焊盤表面的碳氫有機物質(zhì)反應,產(chǎn)生的水汽和CO2是無公害的。
清洗后4小時以內(nèi)是有效時間,測量清洗效果就是將水滴在焊盤上,水滴角越小,清洗效果就越好,焊盤可焊性就越高。
有兩種測試打線可靠性的方式,一種是bond pull test ,用鉤子拉斷金線,ball shear test用劈刀推動金球。
外觀上看,通過金線彎曲程度,焊盤重合面積,也能看出打線的可靠性。
打線不同于貼片,有些潛在問題往往長時間運行才會顯露出來,比如鍵合區(qū)域的臟污導致焊盤脫落,臟污可能來自空氣,返工,等離子設備清洗,膠水烘烤設備。
對于臟污問題,調(diào)高顯微鏡倍率是常用手段,但考慮臟污尺寸,選擇顯微鏡就最好在100倍以上,可這樣顯微鏡的價格又昂貴了。
對于TIA、Driver這種多焊盤電芯片,打線次序也有要求,一般先打GND、VCC最后打其他信號腳防止電芯片靜電釋放。
最后,因為電芯片焊盤多為鋁制,由于金鋁不同原子擴散速率不同,在金屬化合物IMC界面附近形成可肯達爾空穴,導致焊點分離失效。
所以產(chǎn)品完成打線后要及時下料,不能長時間在打線臺上加熱。
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