半导体引线键合（WB）压焊二焊点（鱼尾）工艺详解；

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在集成电路（IC）封装中，引线键合是实现芯片与引线框架（基板）连接的关键技术。尽管倒装焊和载带自动焊技术存在，引线键合因其成本效益而在市场上占据主导地位，超过90%的连接方式采用引线键合，满足了大多数产品的性能要求。

因此，引线键合技术在微电子封装领域扮演着至关重要的角色，它通过金属线将半导体芯片与外部电路相连，实现电气互连和信息传递。在理想条件下，金属引线与基板之间的连接可以达到原子级别的键合，这种键合是通过电子共享或原子扩散实现的。

一、引线键合工艺简介

半导体引线键合，英文全称：Wire Bonding，简称：WB，它是是用金、铜、银或合金等导线材料将粘在引线框架上的芯片与框架（或芯片与芯片、焊点与焊点）管脚连通，即芯片通过管脚与外部电路形成通路，来发挥其功能。

其中的键合过程涉及将芯片上的接点通过极细的金属线（直径18至50微米）连接到引线框架的内引脚上，以传输电路信号。这一过程需要精确的电子影像处理技术来确定接点位置，并执行焊线操作。

另外，焊线过程还包括4个阶段（5个步骤），即：打火烧球、第一焊点焊接（焊球）、拉金属线致线弧成型、第二焊点焊接（鱼尾）并切断金属线完成引线键合（WB）的动作，如下图所示：

二、引线键合（WB）焊线材料分类

金线和铝线是使用最普遍的焊线材料。金性能稳定，做出来的产品良率高，铝虽然便宜，但不稳定，良率低。几种主要的焊线对比如下：

1、金线（Au）

使用最广泛，传导效率最好；

2、铝线（Al）

多用在功率型组件的封装；

3、铜线（Cu）

由于金价飞涨，近年来大多数封装厂积极开发铜线（Cu）制程以降低成本。铜线（Cu）对目前国内的部分封装厂来说，在中低端产品上还是比较经济的，但是需加保护气体，刚性强；

4、银线（Ag）

特殊组件所使用，在封装工艺中不使用纯银线（Ag），常采用银（Ag）的合金线，其性能较铜线（Cu）好，价格比金线（Au）要低，也需要用保护气体，对于中高端封装来说不失为一个好选择。银线（Ag）的优势如下：

a. 银（Ag）对可见光的反射率高达90%，居金属之冠，在LED应用中有增光效果；

b. 银（Ag）对热的反射或排除也居金属之冠，可降低芯片温度，延长LED寿命；

c. 银线（Ag）的耐电流性大于金（Au）和铜（Cu）；

d. 银线（Ag）比金线好管理（无形损耗降低），银（Ag）变现不易；

e. 银线（Ag）比铜线（Cu）好储放（铜线（Cu）需密封，且储存期短，银线（Ag）不需密封，储存期可达6~12个月）。

在目前的集成电路封装中，金线（Au）键合仍然占大部分，铝线（Al）键合也只是占了较少一部分，铝线（Al）键合封装只占总封装的 5%，而铜线（Cu）键合大概也只有 1%。另外，引线架提供封装组件电、热传导的途径，也是所有封装材料中需求量最大的。引线架材料有镍铁合金、复合或披覆金属、铜合金三大类。

三、引线键合（WB）设备的结构

引线键合（WB）的设备主要由硬件结构和软件系统两部分所组成，这两部分的主要关键部分介绍如下：

1、设备结构

a. 金线转轴

用于安放键合过程中所需的金属引线，如金线；

b. XY马达

驱动焊接工作台在前后、左右方向移动，以实现精确的定位；

c. 左/右升降台

用于调整工作台的高度，以适应不同尺寸的芯片和封装需求；

d. 气体气压指示表

显示设备内部的气体压力和状态，确保设备在安全的条件下运行；

e. 焊头

关键的工作主单元，包含劈刀和工作台，负责完成实际的键合操作；

f. 电脑主机、电源和控制系统

提供设备的动力和控制，确保设备的稳定运行和精确控制。

2、主要系统

a. 影像识别系统

用于精确识别和定位焊垫的位置，确保键合的准确性；

b. 焊头系统

包含劈刀和相关的驱动机构，负责将金属引线焊接到焊垫上；

c. 材料传送系统

负责将待加工的芯片和已完成的封装产品送入和送出设备；

d. 控制系统

负责设备的整体控制和操作，包括运动控制、参数设置和故障诊断等；

e. 机台操作界面

提供用户与设备交互的界面，方便用户进行操作和监控；

f. 机器特性参数

包括设备的精度、速度、功率等关键参数，决定了设备的性能和适用范围。

四、引线键合（WB）的关键工艺控制要点

引线键合（WB）的工艺控制，核心在于对材料、设备状态与工艺窗口的协同管理。它不是寻找一组固定不变的“最佳参数”，而是确保在批量生产中，当焊盘、线材或劈刀发生正常波动时，键合质量依然能稳定落入规格内：

1、线弧张紧

在第一焊点完成超声波焊接并拉出线弧的过程中，劈刀内部的金属引线需要处于张紧状态，以确保线弧按照程控设定的轨迹形成弯曲；

2、送线顺畅

确保进给的启停可控，以避免键合过程中的故障；

3、实时监测

避免因金属引线断裂而造成键合损失；

4、送线一致性

送线及金属引线尾丝的长短一致性要求高，以确保键合质量和稳定性。

总之，稳定的工艺不应依赖单次参数调通。应通过实验设计（DOE）来确定参数的容差范围，确保程序能覆盖材料、设备和环境的合理波动。现场需建立劈刀寿命的定期检测与更换机制，并对焊盘来料状态进行监控，避免将工艺波动误判为参数漂移而进行过度调整。

五、引线键合（WB）压焊二焊点参数培训

引线键合（WB）中的第二焊点（又称线弧成形、尾部压焊或鱼尾），英文全称：Second Bond，它是引线键合（WB）工艺的关键步骤之一，连接芯片焊盘与封装引脚/基板 。它是在完成第一焊点（通常为芯片上的金球焊）后进行的第二次压焊。以下就是本章节要跟大家重点分享的关于“压焊二焊点参数”培训的内容：

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六、引线键合（WB）方法分类

引线键合（WB）方法的分类主要按能量施加方式和按焊点形态结构两种维度去分类：

1、按能量施加方式

a. 热压焊键合（Thermocompression）

热压焊键合是通过加压和加热的方式，使金属引线与焊区接触面的原子之间达到原子引力范围，从而实现键合。这种方法的具体过程如下：

准备金属引线：金属引线的一端成球形，另一端成楔形；

键合过程：键合头将金球下压在已预热到150~250℃的第一焊点，进行球形键合。在键合时，金球因受压力而略微变形，以增加键合面积、降低键合面粗糙度对键合的影响，并穿破金属表面氧化层等阻碍键合的因素，形成紧密的键合；

焊点形状：热压焊键合完成后，会形成两个焊点，第一焊点呈球形，第二焊点（Second Bond）即金属引线键合结束时的焊点，呈楔形。

温度：高于200C；

压力：0.5~1.5N/点；

强度(拽扯脱点的拉力大小)：0.05~009N。

b. 超声波焊键合（Ultrasonic）

超声波焊键合是利用超声波发生器产生的超声波振动，使金属引线与焊区金属表面迅速摩擦，从而实现键合。这种方法的具体过程如下：

超声波发生器：使劈刀发生水平方向的弹性振动，同时施加向下的压力；

键合过程：劈刀在超声波振动和压力的作用下，使金属引线在焊区金属表面迅速摩擦，发生变形，与芯片键合区键合完成焊接；

焊点定位：超声压头将金属引线定位到第一焊点（芯片焊垫）的位置，然后超声振动并施加一定的压力到焊点，完成第一焊点的键合。接下来，超声压头将引线定位到第二焊点（基板焊垫/Second Bond），同时超声振动施加一定的压力到焊点，完成第二焊点（Second Bond）的键合；

焊点形状：超声波焊键合完成后，形成的第一焊点和第二焊点（Second Bond）的形状都是楔形。

温度：室温；

压力：小于0.5N/点；

强度：0.07N。

c. 热超声焊键合（Thermosonic）

热超声焊键合是结合热压焊和超声波焊的优点，这种方法的具体过程与热压焊类似，但有以下区别：

加热引线框架：在热超声焊键合中，引线框架需要加热到200~260℃；

超声波作用：与热压焊不同，热超声焊键合过程中使用了超声波振动；

键合效果：由于高温和超声波的共同作用，热超声焊键合能够实现更紧密的键合，提高键合的可靠性和稳定性。

温度：小于200℃；

压力：0.5N/点；

强度：0.09~0.1N。

2、按焊点形态

这种分类是生产中最常用的方式，依据第一焊点的形状区分，具体情况可见下表：

七、引线键合（WB）二焊点（Second Bond）工艺过程&质量要求

1、动作形成过程

a. 线弧成形移动

第一焊点完成后，键合头抬升至预设的“线弧高度”，并沿X-Y平面移动至第二焊点（Second Bond）位置上方。在此过程中，金线在重力、表面张力和送线张力作用下自然下垂，形成三维弧形结构;

b. 施加压焊

键合头降下高度，使毛细管劈刀（楔形器）与第二焊点（Second Bond）表面接触，设备在此处施加 力、超声波和热量 完成尾部压焊；

c. 扯断与尾丝处理

压焊完成后，键合头快速向上提拉（即 Z-Tear 动作 ），配合电子打火（EFO）在精确位置熔断线尾，留下合适长度的尾丝，为下一次烧球做准备。

2、质量与尺寸要求

a. 鱼尾（第二焊点/Second Bond）尺寸要求

宽度：不得小于1.2倍线径，或大于5倍线径；

长度：不得小于0.5倍线径，或大于3倍线径。

b. 颈部强度

第二焊点（Second Bond）的颈部必须确保焊点强度，严禁出现拉折、撕裂或裂痕（即“第二焊点颈部断裂”）;

c. 间距与防短路

线弧形状及第二焊点（Second Bond）位置必须严格控制，避免线弧过大会导致碰线、塌线或与其他引脚、芯片边缘发生短路。

八、引线键合（WB）的劈刀与材料

引线键合（WB）的劈刀（Bonding Tool）与材料选择，直接决定了键合工艺的适配性与可靠性，所以劈刀也相应分为毛细管劈刀（用于球焊）与楔形劈刀（用于楔焊）：

1、劈刀（Bonding Tool）的分类

a. 毛细管劈刀（Capillary）

用于球焊。其核心特征是具有垂直的中心孔，键合线从中穿过。工作时，线尾先被电火花熔成球，再被劈刀压焊到焊盘上。由于劈刀可向任意方向移动，线弧路径灵活，适合高密度、细间距的IC封装。

b. 楔形劈刀（Wedge）

用于楔焊。其端部呈楔形，没有垂直穿线孔。键合线从侧面引入，直接压焊到焊盘。由于劈刀必须沿第一焊点到第二焊点（Second Bond）的直线方向取向，路径灵活性受限，但适合铝线粗线或大电流功率器件。

2、劈刀（Bonding Tool）的选材

劈刀材料的选择，核心考量是耐磨性、抗冲击性、热传导性以及与键合线材的化学兼容性：

a. 碳化钨（硬质合金）

优势：硬度与抗破损能力强，能承受铝线键合所需的高压力，焊点一致性较好。

局限：机加工困难，不易获得致密无孔隙的表面；热导率高，键合时焊盘热量易被劈刀带走，因此劈刀本身需要被加热。

适用：铝线楔焊的首选，也用于需要较大键合压力的工艺。

b. 碳化钛

优势：比碳化钨更柔韧，在相同超声条件下，刀头振幅比碳化钨劈刀大约20%，超声波传递效率更高。

适用：对超声能量传递有特定要求的场景。

c. 陶瓷（氧化铝及复合材料）

这是当前金线/铜线球焊的主流选择，也是一个不断演进的材料体系。

九、引线键合（WB）的应用领域

引线键合（WB）技术广泛应用于各种微电子器件和封装中，在以下领域发挥着重要作用：

1、集成电路封装

在集成电路封装中，引线键合（WB）被广泛应用于连接芯片和封装基板之间的电路。它能够提供可靠的电气连接，并满足微型化、高密度集成的要求；

2、传感器与MEMS封装

传感器和微机电系统（MEMS）等领域也经常采用引线键合（WB）技术。这些器件通常需要精细的信号传输，引线键合（WB）能够实现高精度、低阻抗的连接。

3、功率半导体封装

对于功率半导体器件，如功率模块和高频射频器件，引线键合（WB）技术是一种重要的连接方式。它可以承受较大的电流和功率，确保器件稳定运行。

4、光电子器件封装

在光电子器件领域，如激光二极管、光纤通信器件等，引线键合（WB）也被广泛应用。它能够提供高速信号传输和可靠连接。

十、引线键合（WB）的市场与发展趋势

在先进封装快速迭代的背景下，引线键合（WB）并未被“简单替代”，而是在成熟制程、功率器件、汽车电子等领域保持着基础性地位，同时其自身技术也在向更高密度、更低损伤和智能化控制方向演进。

1、市场规模

随着新能源汽车产业的快速发展，对引线键合（WB）设备的需求持续增长。政策推动和芯片国产化需求的增加，使得引线键合（WB）设备市场规模不断扩大，同时，引线键合（WB）工艺技术也在不断的优化和更新。

2、国产化进程

虽然目前全球引线键合（WB）设备市场主要由美国等少数企业垄断，但国内也有不少企业在积极布局，推动引线键合（WB）设备的国产化进程。

综上所述，引线键合（WB）的市场逻辑是“基础盘稳固，高端有渗透”。它不会被先进封装全面取代，但在部分高性能场景中的份额确实会被倒装和混合键合挤压。它的增长引擎主要来自功率器件、IoT终端和存储器堆叠，而技术竞争力的关键则在于铜/银合金材料的工艺成熟度、垂直互连的工程可行性，以及智能化过程控制的落地深度。

特别是在汽车电子领域，新能源电池中的引线键合（WB）技术是一种重要的电子封装工艺，具有广泛的应用场景和显著的优势。随着技术的不断进步和市场的不断扩大，引线键合（WB）技术将在新能源电池领域发挥更加重要的作用。

十一、写在最后面的话

引线键合（WB）技术是微电子封装中不可或缺的一部分，它通过精细的金属线连接技术，实现了芯片与外部电路的电气互连，对于确保电子设备的性能和可靠性发挥着重要作用。

而压焊的第二焊点（Second Bond）是实现金属引线（金线或铜线）与外部引脚（如基板焊盘或引线框架）可靠连接的关键步骤，在半导体封装中起着决定芯片与外部电路电气连接质量的核心作用。

随着技术的不断进步，引线键合（WB）工艺也在不断优化，以适应更高性能和更低成本的需求。

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审核编辑 黄宇