绝缘引线在陶瓷封装中的应用

陶瓷封装以陶瓷材料为基体、以柯伐材料为盖板进行封接的气密性封装。采用该封装技术的电子元器件具有较高的长期可靠性。

 

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陶瓷封装工艺中，引线键合互连技术是采用金线、铝丝或铜丝等金属丝将芯上的PAD（焊盘）与基板上的LEAD（键合指）连接起来，实现芯片功能的输出。引线键合技术键合时无方向性，速度快，效率高。

 

在陶瓷封装工艺中，当芯片I/O数量增加时，部分键合引线长度达到4.0mm以上。键合引线长度的增加将导致在机械冲击、扫频振动、恒定加速度等导致相邻引线发生短路现象，在加电冲击试验时容易出现瞬间的引线短路问题，引起整机功能失效。

 

加电冲击试验中键合引线出现瞬间的短路

 

绝缘引线是指在金线或铜丝本体的表面重新镀上一层有机薄膜绝缘层材料，同时具有导电特性，特性如下：

 

（1）本体为金线；

（2）具有高的绝缘强度、抗龟裂性等特性；

（3）能够在现有的引线键合设备上完成键合

（4）键合能够提供更多的连接点；

（5）允许引线相互接触，设计灵活；

 

1、使用前准备

 

陶瓷基板键合指表面的洁净对绝缘引线键合的成功应用起着关键作用，键合前的等离子清洗是至关重要的。

 

2、键合工艺

 

通常键合机上键合线的接地是通过线夹来完成的，这样用来产生FAB的高电压EFO放电便通过线夹形成其回路。但是对于绝缘引线，其线端可能被作为接地点，和绝缘引线本身一起形成回路。

 

绝缘引线的键合要求尖端处理粗糙，较粗糙的表面处理能使得劈刀与镀层的引线结合较好，以便最大限度地传递超声能量，可以进一步提高月牙型键合的强度。

 

3、参数

 

绝缘引线的自由空气球FAB的形成主要取决于正确的参数选择，例如尾线长度、EFO电流、间隔和时间。

 

与普通的金线或铜丝相比，绝缘引线要求较小的EFO间隙和较低的EFO电流来获得最优的FAB质量。有的绝缘引线特别之处是焊球形成后表面会出现像西瓜皮一样的带状条纹。

绝缘引线键合的金球SEM照片

 

为了获得强壮的第二键合，需要利用键合设备的一些特殊功能（如进行轻微的刮擦动作来增加镀层材料的去除程度）以提高键合强度。

 

绝缘引线和常规金线表面颜色对比

 

绝缘引线的键合可靠性如何

 

在做可靠性测试时，采用绝缘引线键合的电路在温度循环和稳态寿命试验后绝缘层表面类似于绝缘层溶解变薄，但在加电冲击试验过程中无瞬间短路问题出现。然而，在进行300℃、24h的耐温测试后，绝缘层完全消失。

 

绝缘引线键合的电路可通过相关可靠性试验，有效防止电路因键合引线的碰触、交叉出现的短路现象，解决加电冲击试验过程中出现的引线瞬间短路问题。由于绝缘引线材料是一种特殊的技术，在陶瓷封装中只能有限应用，不能长期应用于高温高湿环境，绝缘引线材料只是临时的应急处理方案。

 

原文始发于微信公众号（艾邦陶瓷展）：绝缘引线在陶瓷封装中的应用