打线(WB)简介

打线简介：

引线键合，俗称打线，英文名wire bonding，是金属线在热、压力、超声等能量结合下的一种电子内互联技术。引线键合是一种固态焊接工艺，键合过程中两种金属材料（金属线及焊盘）形成紧密接触，两种金属原子发生电子共享或原子相互扩散，从而使两种金属间实现原子量级上的键合。

打线按照键合能量可以分为热压键合、超声键合、热超声键合三种，按照键合线的材料分为金丝、铝丝、铜丝三种。光通信行业一般只用金丝热超声键合这一种，这是因为光电芯片的表面普遍都会镀金，金的高频性能好，而热超声键合的温度比较低而且速度很快，可靠性更好。

• 热压键合：贝尔实验室在1957年发展一种物理连接技术，运用加热及加压，配合适合的下压时间，将金属线材连接至单晶线表面，利用此种方法，将金锗两金属接合的温度只需要250℃，较金锗共晶温度356℃来得低，因此在早期的打线接合是广泛应用的技术
• 声键合: 由于部分基板不适合加热，因此1966年发展出另一项技术，在接合的同时导入一超音波，除了接合之外还可协助清洁基板表面，此种方法可在室温下操作，由于不须加热即可达到与热压接合相同的效果，因此逐渐取代热压接合成为主流。
• 热超声键合: 结合两者的优缺点，同时导入热及超声波来接合，称为热超声键合。热超声键合的温度约控制在100-150℃，下压力也远低于超声键合，可避免下压力过大伤害基板，亦可避免温度过高形成金属间化合物。

引线键合的步骤：

第一步设备对焊盘区域预加热，第二步劈刀通过离子化空气间隙打火 (Electronic Flame-off，EFO)将金线末端融化形成一个金球，第三步劈刀下压到焊盘上形成第一焊点(通常在芯片表面)，第四步劈刀牵引金线形成线弧，第五步劈刀再次下压到焊盘形成第二焊点（通常在引线框架或者基板上）并折断金丝。（BSOB的方法是先在焊线的第二点种球，然后再将第二点压在焊球上；OS的方法是在焊线的第二点上再压一个焊球）。更多视频可以点击B站视频https://www.bilibili.com/video/av71868856/.

BB

打线的可靠性

如何来评估打线的可靠性？

破坏性测试参考美军标MIL-STD-883 Method 2011 Destructive bond pull test和EIA JESD22-B116-1998 Wire Bond Shear Test Method。标准内容很长，具体的参数在本文中写不下来，bond pull test的意思就是要用钩子把金线拉断，ball shear test的意思就是用劈刀把金球从焊盘上给推下来。光模块厂家在产线开班前或者首件制造完成后，会对产品进行这2个测试，以确保当天的打线设备处于正常状态。

Wire pull 和 ball shear测试示意图

外观目检上，可以参考参考美军标MIL-STD-883 Method 2010 INTERNAL VISUAL，一般会关注金线是否有异常弯曲、金球和焊盘的重合面积。这些都是比较容易直观发现的问题，但打线不同于贴片，有些潜在性的问题潜伏期比较长往往要等到产品运行一段时间后才会完全暴露出来，这是很要命的事情。比如键合区域的脏污会导致焊盘脱落，脏污的来源很多，空气中飘过来的，返工时带入的，等离子清洗设备或者胶水烘烤设备内引入的等等。

对于TIA、Driver这种多个焊盘的电芯片，打线的先后次序也有要求，一般要先打GND，再打VCC，最后打其他的信号脚。为什么是这个次序？主要是为了保证电芯片在打线过程中的静电释放, 最后，电芯片的焊盘表面一般是铝Al，由于Au和Al两种不同原子扩散速率不同，在金属间化合物IMC界面附近会形成柯肯达尔(Kirkendall)空穴，导致焊点分离失效。温度越高原子扩散速度越快，因此产品完成打线后要及时下料，不能长时间在打线机台上持续加热。

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