集成電路焊接工藝熱壓焊接法

內(nèi)引線的熱壓焊接法既不用焊劑，也無需焙化，對金屬引線（硅鋁絲或金絲）和芯片上的鋁層同時加熱加壓（溫度一般為350～400℃,壓力為8～20千克力/毫米2），就能使引線和鋁層緊密結合。熱壓焊接的原理是，鋁合金為面心立方晶格結構，每一鋁原子或金原子和其他原子形成八個穩(wěn)定的金屬鍵，在其表面的原子有二個金屬鍵不飽和。這些原子在較高的溫度下增加活動能量，再加上一定的壓力促使金絲引線產(chǎn)生塑性形變，破壞原有的界面原子結構。這時，金絲上的金原子與電路芯片上引出端的鋁原子緊密結合，重新排列其間的晶格形成牢固的金屬鍵。因此熱壓焊接法也就是熱壓鍵合過程。

熱壓焊接工藝按內(nèi)引線壓焊后的形狀不同分為兩種：球焊(丁頭焊)和針腳焊。兩種焊接都需要分別對焊接芯片的金屬框架、空心劈刀進行加熱（前者溫度為 350～400℃,后者為150～250℃），并在劈刀上加適當?shù)膲毫?。首先，將穿過空心劈刀從下方伸出的金絲段用氫氧焰或高壓切割形成圓球，此球在劈刀下被壓在芯片上的鋁焊區(qū)焊接，因為它形成釘頭一樣的焊點，故稱為丁頭焊或球焊。利用此法進行焊接時，焊接面積較大，引線形變適度而且均勻，是較為理想的一種焊接形式。隨后將劈刀抬起，把金絲拉到另一端（即在引線框架上對應于要相聯(lián)接的焊區(qū)），向下加壓進行焊接，所形成的焊點稱為針腳焊。上述操作僅完成一條內(nèi)引線的焊接（圖2)。熱壓焊接法有其局限性:①焊接溫度過高，不適于對工作溫度較低的電路芯片進行焊接；②壓力和溫度難以除去鋁絲表面和芯片上鋁焊區(qū)表面的氧化膜，此法不能用鋁絲作為引線進行焊接。

把電路芯片上已金屬化的電路引出端或電極，與裝配芯片的金屬引線框架或外殼引出電極線一一對應連接起來的焊接工藝。內(nèi)引線焊接工藝是在芯片焊接完成后的一道焊接工序，常用的方法有熱壓焊接法、超聲波壓焊法、熱超聲焊接法（球焊法）、平面焊接法和梁式引線焊接法等。

將分割成單個電路的芯片，裝配到金屬引線框架或管座上。芯片焊接工藝可分為兩類。①低熔點合金焊接法：采用的焊接材料有金硅合金、金錫合金、銦鉛銀合金、鉛錫銀合金等。②粘合法:用低溫銀漿、銀泥、環(huán)氧樹脂或?qū)щ娔z等以粘合方式焊接芯片。

應用較廣、可靠性較高的是用98%的純金和 2%的硅配制成的金硅合金片（最低共熔點為 370℃）。在氮氣和氫氣保護下或在真空狀態(tài)下，金硅合金不僅能與芯片硅材料形成合金，而且也能同時與金屬引線框架上局部鍍層的金或銀形成合金，從而獲得良好的歐姆接觸和牢固的焊接效果.

集成電路塑料封裝中,也常采用低溫(200℃以下)銀漿、銀泥或?qū)щ娔z以粘合的形式進行芯片焊接。另外，燒結時（即芯片粘完銀漿后烘焙），氣氛和溫度視所采用的銀漿種類不同而定。低溫銀漿多在空氣中燒結，溫度為150～250℃；高溫銀漿采用氮氣保護，燒結溫度為380～400℃。

60年代初，超聲波焊接技術開始應用于集成電路的內(nèi)引線焊接。超聲波壓焊的原理是由超聲波發(fā)生器產(chǎn)生幾十千赫的超聲振蕩電能，通過磁致伸縮換能器產(chǎn)生超聲頻率的機械振動。壓焊劈刀鑲在端部的適當位置上，劈刀必然同時產(chǎn)生一種稱為交變剪切應力的機械振動。同時，在劈刀上端施加一定的垂直壓力，在這兩種力的共同作用下，通過時間的控制使劈刀下的鋁絲發(fā)生有規(guī)律的蠕動。鋁絲和芯片鋁焊區(qū)表面的氧化膜受到破壞，同時由于摩擦，在界面上產(chǎn)生一定的熱量使焊接處的鋁絲和芯片上的鋁焊區(qū)都產(chǎn)生一定的塑性形變，使鋁原子金屬鍵緊密接觸而形成牢固的鍵合。超聲波壓焊是用鋁絲（一般含硅1%）作引線,工作溫度又低，不但廣泛用于各種電路的內(nèi)引線焊接，而更適于對溫度要求嚴格的 MOS器件、微波器件和高頻器件的內(nèi)引線焊接。超聲壓焊法的工藝條件要求嚴格。

為得到高抗拉強度的焊接點須選擇最佳的焊接條件，這取決于超聲振動功率、壓力和超聲振動時間等因素,要使三者之間相互匹配，壓焊設備應調(diào)整出最佳工作點進行焊接。

此法以熱壓焊法和超聲波壓焊法為基礎，所用設備分別為熱壓焊機、超聲波壓焊機和球焊機。這是廣泛采用的內(nèi)引線焊接方法之一，其特點是：①工作溫度（200～250℃）低于熱壓焊法的工作溫度；②所用的壓焊劈刀不用加熱而由超聲振動產(chǎn)生熱能；③采用金絲為引線，并以球焊形式進行焊接。三種內(nèi)引線焊接法的焊接質(zhì)量，都需要用一個精密的引線抗拉強度測定器（拉力計）進行檢查和控制。

隨著集成電路芯片內(nèi)引線數(shù)量的不斷增加，這種一步一次一個焊接點的焊接技術無論在質(zhì)量上和效率上都不能滿足大規(guī)模集成電路的需要。1960年，在梁式引線和面鍵合焊接技術基礎上又研究成功梁式引線載帶自動焊接芯片的新工藝，使用鏤空的引線框架(稱為載帶)將所有的引線與芯片上的金屬焊點一次性同時焊接上。這種組焊方法的可靠性和效率都很高。