打線簡(jiǎn)介：

引線鍵合，俗稱(chēng)打線，英文名wire bonding，是金屬線在熱、壓力、超聲等能量結(jié)合下的一種電子內(nèi)互聯(lián)技術(shù)。引線鍵合是一種固態(tài)焊接工藝，鍵合過(guò)程中兩種金屬材料（金屬線及焊盤(pán)）形成緊密接觸，兩種金屬原子發(fā)生電子共享或原子相互擴(kuò)散，從而使兩種金屬間實(shí)現(xiàn)原子量級(jí)上的鍵合。

打線按照鍵合能量可以分為熱壓鍵合、超聲鍵合、熱超聲鍵合三種，按照鍵合線的材料分為金絲、鋁絲、銅絲三種。光通信行業(yè)一般只用金絲熱超聲鍵合這一種，這是因?yàn)楣怆娦酒谋砻嫫毡槎紩?huì)鍍金，金的高頻性能好，而熱超聲鍵合的溫度比較低而且速度很快，可靠性更好。

• 熱壓鍵合：貝爾實(shí)驗(yàn)室在1957年發(fā)展一種物理連接技術(shù)，運(yùn)用加熱及加壓，配合適合的下壓時(shí)間，將金屬線材連接至單晶線表面，利用此種方法，將金鍺兩金屬接合的溫度只需要250℃，較金鍺共晶溫度356℃來(lái)得低，因此在早期的打線接合是廣泛應(yīng)用的技術(shù)

• 超聲鍵合: 由于部分基板不適合加熱，因此1966年發(fā)展出另一項(xiàng)技術(shù)，在接合的同時(shí)導(dǎo)入一超音波，除了接合之外還可協(xié)助清潔基板表面，此種方法可在室溫下操作，由于不須加熱即可達(dá)到與熱壓接合相同的效果，因此逐漸取代熱壓接合成為主流。

• 熱超聲鍵合: 結(jié)合兩者的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)導(dǎo)入熱及超聲波來(lái)接合，稱(chēng)為熱超聲鍵合。熱超聲鍵合的溫度約控制在100-150℃，下壓力也遠(yuǎn)低于超聲鍵合，可避免下壓力過(guò)大傷害基板，亦可避免溫度過(guò)高形成金屬間化合物。

引線鍵合的步驟：

第一步設(shè)備對(duì)焊盤(pán)區(qū)域預(yù)加熱，第二步劈刀通過(guò)離子化空氣間隙打火 (Electronic Flame-off，EFO)將金線末端融化形成一個(gè)金球，第三步劈刀下壓到焊盤(pán)上形成第一焊點(diǎn)(通常在芯片表面)，第四步劈刀牽引金線形成線弧，第五步劈刀再次下壓到焊盤(pán)形成第二焊點(diǎn)（通常在引線框架或者基板上）并折斷金絲。（BSOB的方法是先在焊線的第二點(diǎn)種球，然后再將第二點(diǎn)壓在焊球上；BBOS的方法是在焊線的第二點(diǎn)上再壓一個(gè)焊球）。更多視頻可以點(diǎn)擊B站視頻https://www.bilibili.com/video/av71868856/.

打線的可靠性

如何來(lái)評(píng)估打線的可靠性？

破壞性測(cè)試參考美軍標(biāo)MIL-STD-883 Method 2011 Destructive bond pull test和EIA JESD22-B116-1998 Wire Bond Shear Test Method。標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容很長(zhǎng)，具體的參數(shù)在本文中寫(xiě)不下來(lái)，bond pull test的意思就是要用鉤子把金線拉斷，ball shear test的意思就是用劈刀把金球從焊盤(pán)上給推下來(lái)。光模塊廠家在產(chǎn)線開(kāi)班前或者首件制造完成后，會(huì)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行這2個(gè)測(cè)試，以確保當(dāng)天的打線設(shè)備處于正常狀態(tài)。

Wire pull 和 ball shear測(cè)試示意圖

外觀目檢上，可以參考參考美軍標(biāo)MIL-STD-883 Method 2010 INTERNAL VISUAL，一般會(huì)關(guān)注金線是否有異常彎曲、金球和焊盤(pán)的重合面積。這些都是比較容易直觀發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，但打線不同于貼片，有些潛在性的問(wèn)題潛伏期比較長(zhǎng)往往要等到產(chǎn)品運(yùn)行一段時(shí)間后才會(huì)完全暴露出來(lái)，這是很要命的事情。比如鍵合區(qū)域的臟污會(huì)導(dǎo)致焊盤(pán)脫落，臟污的來(lái)源很多，空氣中飄過(guò)來(lái)的，返工時(shí)帶入的，等離子清洗設(shè)備或者膠水烘烤設(shè)備內(nèi)引入的等等。

對(duì)于TIA、Driver這種多個(gè)焊盤(pán)的電芯片，打線的先后次序也有要求，一般要先打GND，再打VCC，最后打其他的信號(hào)腳。為什么是這個(gè)次序？主要是為了保證電芯片在打線過(guò)程中的靜電釋放, 最后，電芯片的焊盤(pán)表面一般是鋁Al，由于Au和Al兩種不同原子擴(kuò)散速率不同，在金屬間化合物IMC界面附近會(huì)形成柯肯達(dá)爾(Kirkendall)空穴，導(dǎo)致焊點(diǎn)分離失效。溫度越高原子擴(kuò)散速度越快，因此產(chǎn)品完成打線后要及時(shí)下料，不能長(zhǎng)時(shí)間在打線機(jī)臺(tái)上持續(xù)加熱。

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