吴毓颖
摘 要：本文详细介绍了引线键合的方式，以及各类键合方式的质量控制点，通过拉力破坏试验对现有键合能力进行评估。随着微波产品的工作频率越来越高，引线键合的稳定性问题也愈发突出，针对这些情况，通过正交试验，得出了基板化学镀的工艺参数，减少基板表面金层对引线键合强度的影响，提高引线键合强度。
关键词：引线键合；可靠性；正交试验
中图分类号：TN405.96 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）04-0068-02
1 概述
目前有源相控阵雷达是当今世界上雷达研制和发展的主流。在有源相控阵雷达中，高性能、高可靠、低成本的收发组件是重要的技术关键，图1为相控阵雷达T/R组件。
这些微波组件在复杂苛刻的环境中，要保持稳定的性能与良好的状态，电气性能的可靠性是重中之重。微互连技术是为了实现芯片与基板电极之间电气连接，是微组装过程中非常重要的环节。只有电路的完好连接，才能实现整个组件的电性能。
2 引线键合强度
芯片电极与基板电极的微互连方式主要有三种：引线键合WB（wire bonding）、载带自动焊TAB（tape automated bonding）、倒装芯片连接FC（flip chip）。在上述三种连接方式中，引线键合是最常用的微互连方式，引线键合又可分为球焊（ball bonding）和楔焊（wedge bonding）二种。为了有利于微波传输，我们采用楔焊方法实现芯片与基板电极间的低弧度短线连接，采用的楔焊引线材料是金丝。
引线是芯片内部电路与外部电路实现电、热连接的通道，键合点不断承裁着电和热的冲击。引线键合的质量用键合强度的大小来衡量，键合强度越大，说明键合质量越好，可靠性越高。而影响引线键合强度的因素有很多，比如基板表面金层的洁净度，基板表面再金属层的厚度、引线键合机的工艺参数设置等。
在微组装的过程中，我们对引线键合强度设置了质量控制点，利用拉力测试仪对微波组件的引线进行破坏性拉力测试，以检测引线键合强度，并记录下数据。
随机抽取某微波组件各进行30组破坏性拉力试验得到键合强度数据，测试数据见表1。试验键合强度在3.2～11克之间，主要集中在4～7克之间，有极少数键合强度达到10克以上，标准偏差为1.67，平均键合强度在6.16克。由此可见，引线键合强度满足国军标GJB548A-96（《微电子器件试验方法和程序》）方法2011《键合强度（破坏性键合拉力试验）》中最低3克的技术指标。但键合强度的大小标准偏差较大，稳定性还不够。
3 可靠性试验
随着微波组件的制作工艺和材料的不断进步，射频功率输出能力和效率也在不断提高，工作频率已扩展到毫米波波段。因此对引线键合的强度要求也越来越高。在进行引线键合时，我们发现基板的表面金层状况有所不同，键合强度的大小也会有所变化。我们必须根据基板的表面金层状况调节楔焊机的工艺参数，以满足3克的技术指标。有时在基板表面金层不是很理想的情况下，我们要花更多的时间来调试楔焊机，降低了生产效率。在调试楔焊机的过程中，往往是根据经验来设置并调试工艺参数，缺少具体的科学的调试方法，在大批量的微波组件生产中将影响生产进度和组件电性能的可靠性。
技术改进的主要目的是稳定基板化学镀工艺，降低基板表面金层对引线键合强度的影响。通过工艺试验摸索基板再金属层厚度与时间、镀液浓度等因素之间的关系，进一步控制和稳定基板化学镀工艺。提高引线键合的稳定性和可靠性。运用更加科学的试验方法来优化楔焊机的各项工艺参数，提高引线键合强度。技术改进的主要用途有加快微波组件的生产和返修进度，降低生产成本。并且也可以为半自动引线键合提供材料依据和实践经验。
由于化学镀液的浓度在新配比时是比较明确的，在进行化学镀后，其浓度将有所变化，对镀层效果有所影响，导致了基板表面的金层色泽有差异，影响了引线键合强度。在镀液容积、浓度确定的情况下，我们将做一些对比性试验，观察溶液浓度，化学镀时间和基板再金属层厚度之间的关系。用肉眼、三维立体显微镜和金相显微镜分别观察不同基板表面金层情况，并做记录。
对引线键合强度有影响的工艺参数主要有超声功率、压力、超声时间、加热温度等。运用正交试验设计，优化楔焊机的工艺参数，提高引线键合的可靠性和稳定性。正交试验设计法是研究与处理多因素实验的一种科学方法。利用规格化的表格—正交表Ln（j i），科学地挑选试验条件，合理安排实验。
其中：
L—正交表的符号；
n—正交表的行数（试验次数，试验方案数）；
j—正交表中的数码（因素的位级数） ；
i—正交表的 列数（试验因素的个数） ；
N=ji—全部试验次数（完全因素位级组合数）。
因子代表影响引线键合的因素，水平表示因子所设定的值，假设超声功率、压力、超声时间设计数据，再根据正交表来进行试验的设计。将根据正交表的实验顺序进行多组试验，见表2。并将数据进行对比，从而找到最佳的工艺参数设定值，优化后的引线键合工艺流程见图2。
4 结语
通过引线键合试验，找到基板表面金层厚度与引线键合强度之间的关系，通过正交试验设计合理设置引线键合的工艺参数，进行金丝键合试验并做破坏性拉力试验，引线键合强度平均值有进一步提高，标准方差有所减小，可改善引线键合可靠性。
