1、引線帶楔焊鍵合技術(shù)【來源:電子與封裝】【作者:中電科技集團(tuán)公司第58研究所 郭大琪】1 引言 在一般的引線鍵合中，使用的引線的截面都是圓形的，這主要是因?yàn)閳A形截面的引線容易拉制，鍵合時(shí)引線送線的阻力較小，也便于送線。但是，在高頻情況下，特別是在光電器件的組裝中，考慮到高頻電流的集膚效應(yīng)（電流向?qū)w的表面集中），為了提高（或保持）鍵合引線的導(dǎo)電能力，這就需要增加鍵合引線橫截面的周長。因此，在這類器件中，人們就考慮到用長方形截面引線代替圓形截面引線來進(jìn)行鍵合，但在使用帶狀引線進(jìn)行鍵合時(shí)，鍵合引線的方向不可能是任意的，因此一般不使用球焊技術(shù)來進(jìn)行鍵合，而使用楔焊鍵合技術(shù)來進(jìn)行鍵合，于是，就出現(xiàn)了引線

2、帶楔焊鍵合，目前，由于光電器件組裝量的增加，引線帶楔焊鍵合的應(yīng)用也就會(huì)越來越廣泛。2 楔焊鍵合和球焊鍵合引線鍵合最早出現(xiàn)在1947年現(xiàn)在，它已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)完整的、成熟的生產(chǎn)工藝。引線鍵合主要有三種形式：熱壓（TC）、超聲（US）和熱聲（T/S）。熱壓鍵合是鍵合引線在鍵合劈刀的壓力和在高溫鍵合表面（>250）下產(chǎn)生形變而使鍵合引線與被鍵合的表面黏附在一起形成的鍵合；US鍵合是鍵合引線在鍵合劈刀的超聲頻振動(dòng)和劈刀的壓力下產(chǎn)生形變而使鍵合引線與被鍵合表面黏附在一起形成的鍵合：T/S鍵合是鍵合引線在鍵合劈刀的超聲頻振動(dòng)、劈刀的壓力以及鍵合表面較高溫度（典型溫度是150）下而使鍵合引線和被鍵合表

3、面黏附在一起形成的鍵合。引線鍵合又可分成兩大類：球焊鍵合和楔焊鍵合。（1）球焊鍵合球焊鍵合屬無方向性的工藝，即第二鍵合位置可以在第一鍵合的任一方向上，目前，球焊鍵合使用的引線幾乎是金引線，并且差不多占全部引線鍵合的98%，球焊鍵合的方式可以是熱壓鍵合或熱聲鍵合，它比楔焊鍵合要快得多。（3）楔焊鍵合楔焊鍵合是一個(gè)單一方向鍵合，即第二鍵合的位置必須在第一鍵合點(diǎn)的軸線上，并且在第一鍵合點(diǎn)的后面，當(dāng)然，也有"S"形引線的鍵合，它的第二鍵合點(diǎn)的位置可以不在第一鍵合點(diǎn)的軸線上，第二鍵合點(diǎn)的方向仍然受到很大的限制，楔焊鍵合的引線可以是鋁引線、銅引線或金引線。楔焊鍵合比球焊鍵合要慢得多，但

4、它具有更小間距鍵合能力，并且可以鍵合帶狀引線，楔焊鍵合通常是在室溫環(huán)境下的超聲鍵合，也可以是熱壓或熱聲鍵合，楔焊鍵合得優(yōu)點(diǎn)包括：焊盤間距窄、引線弧線低、引線長度可控以及可以進(jìn)行低溫鍵合。3 帶狀引線楔焊鍵合3.1 帶狀引線帶狀引線的橫截面是矩形。標(biāo)準(zhǔn)的帶狀引線的尺寸范圍是6.3m×10.7m到50.8m×508m。由于制造商在制造引線過程中采用的工藝方法不同，摻入微量元素的量不同，各種引線的物理特性就有差別，因此，在使用這些引線進(jìn)行鍵合時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的引線選用不同的鍵合參數(shù)，以使產(chǎn)品的質(zhì)量符合工藝要求。3.2 帶狀引線楔焊鍵合過程帶狀引線楔焊鍵合工藝鍵合過程如下：（1）帶狀

5、引線伸出鍵合劈刀端部，鍵合機(jī)降低鍵合頭高度，使劈刀與第一鍵合位置的表面接觸，進(jìn)行第一鍵合點(diǎn)操作；（2）第一鍵合完成后，線夾打開并向后移動(dòng)一個(gè)尾絲距離；（3）鍵合機(jī)鍵合頭升高，劈刀上升到弧線高度位置；（4）鍵合機(jī)水平移動(dòng)焊頭使劈刀移動(dòng)到第二鍵合位置的上方，降低焊頭高度，使劈刀與第二鍵合的表面接觸，此時(shí)線夾閉合，并進(jìn)行鍵合；（5）第二鍵合完成后，線夾向后移動(dòng)，扯斷引線；（6）線夾向前移動(dòng)（移動(dòng)距離=尾絲長度+鍵合點(diǎn)長度），從劈刀的端部送出一段引線（伸出劈刀的部分是下一次鍵合的尾絲，其長度可調(diào)或設(shè)定）。3.3 鍵合扯線帶狀引線和圓形引線楔焊鍵合機(jī)都有兩種不同的扯線方式：線夾扯線和工作臺(tái)扯線。鍵合機(jī)（

6、手動(dòng)或自動(dòng)鍵合機(jī)）可以使用其中一種扯線方式，有些鍵合機(jī)可以在這兩種扯線方式中轉(zhuǎn)換。3.3.1 線夾扯線在用線夾扯線的機(jī)器結(jié)構(gòu)中，線夾安裝在鍵合劈刀的后面，在第二鍵合問題后線夾向后移動(dòng)，扯斷引線。這是最通用的工藝，并且很可靠，因?yàn)樵诰€夾扯線期間，劈刀仍然停止在第二鍵合點(diǎn)上，使線夾容易扯斷引線。在扯線時(shí)，引線帶在鍵合點(diǎn)的根部被拉斷，這是由于在這個(gè)位置引線的橫截面積最小（鍵合時(shí)，鍵合點(diǎn)跟部引線帶被擠壓變形使截面積變小）。標(biāo)準(zhǔn)線夾的端部表面是用藍(lán)寶石或精密拋光金屬制成的，以避免損傷引線表面，對(duì)于引線帶，線夾端部表面采用的是陶瓷或稍微粗糙一些的材料制成的，為的是在扯線期間能夠更好地夾住引線，對(duì)截面積大的

7、引線，這點(diǎn)非常關(guān)鍵。 對(duì)于30°送線角度的鍵合機(jī)，鍵合引線在穿過線夾和劈刀孔后仍然保持30°，這時(shí)線夾的位置是最理想的，并且不允許將線夾與劈刀間的間隙調(diào)大，以便于深腔體封裝電路的鍵合，如果將這個(gè)問題調(diào)大，線夾在送線時(shí)會(huì)引起線夾和劈刀間的引線彎曲或是劈刀孔堵塞，進(jìn)而導(dǎo)致尾絲長度一致性、弧度高度一致性和斷絲的問題，一般來說，鍵合點(diǎn)的尾絲長度只有12.7m左右，在線夾送出尾絲的過程中，任何微小的堵塞都可能造成不適當(dāng)?shù)奈步z長度問題，對(duì)于深腔體封裝電路的鍵合，可以使用38°、45°和60°送線結(jié)構(gòu)的鍵合機(jī)。3.3.2 工作臺(tái)扯絲在有一些封裝中，由于封裝的

8、膠體較深，或由于在第二鍵合的后面有其他零件，或由于其他一些原因會(huì)妨礙線夾扯線。于是就不能采用線夾來斷絲，而需要采用工作臺(tái)來斷絲，工作臺(tái)扯絲和線夾扯絲的區(qū)別在于工作臺(tái)扯絲時(shí)工作臺(tái)移動(dòng)而線夾不移動(dòng)，線夾只處于打開和閉合狀態(tài)，在工作臺(tái)扯絲工藝中，當(dāng)?shù)诙I合完成后，鍵合劈刀稍微升高一些以離開鍵合表面（此時(shí)線夾是打開的）。機(jī)器的X-Y工作臺(tái)沿著與鍵合引線相反的方向移動(dòng)（在非旋轉(zhuǎn)鍵合頭鍵合機(jī)中，扯線時(shí)X-Y工作臺(tái)只是沿Y方向移動(dòng)），拉出一段引線（作為下一根引線第一鍵合點(diǎn)的尾絲），然后線夾閉合，工作臺(tái)繼續(xù)移動(dòng)，鍵合引線在最弱處，即第二鍵合點(diǎn)的根部被拉斷。黃金規(guī)則1規(guī)定：對(duì)于任何楔焊鍵合機(jī)（帶狀引線或圓形引線

9、），線夾到劈刀孔或縫的距離越小，尾絲、弧線和扯線控制就越好。有一些機(jī)器采用垂直送線結(jié)構(gòu)，使用的劈刀為垂直楔焊鍵合劈刀，這類似于球焊鍵合的毛細(xì)管劈刀，在這種情況下，引線帶從上面垂直穿過劈刀的中心，穿過劈刀端部的送線小縫（象標(biāo)準(zhǔn)的引線帶鍵合劈刀一樣）。在這種機(jī)器中，線夾被安裝在劈刀的上面，因而不會(huì)受到任何（鍵合時(shí)劈刀周圍元件、外殼等情況）影響。然而，在這種結(jié)構(gòu)的機(jī)器中，存在由于線夾到劈刀端部送線小縫間距離較大（它比劈刀的長度還長）而產(chǎn)生的問題，這就違反了黃金規(guī)則，會(huì)引起尾絲控制問題。3.4 帶狀引線楔焊鍵合劈刀碳化鎢是最好的材料，但碳化鎢只適合于鋁引線帶的鍵合，選擇這種材料是由于它們具有不容易與鍵

10、合引線/引線帶形成鍵合且容易制造，以及耐磨損，有一些劈刀制造廠家在劈刀端部使用了一些其他的材料，如鋨等，以加長其工作壽命和實(shí)現(xiàn)更好的超聲能量轉(zhuǎn)換，工藝工程師們?nèi)詫⑦M(jìn)一步深入地對(duì)這類劈刀的每一種專用性質(zhì)進(jìn)行分析，由于鋨劈刀比標(biāo)準(zhǔn)的碳化鎢要昂貴，這類劈刀的實(shí)用價(jià)值還有待證實(shí)。劈刀直徑：劈刀的直徑與使用機(jī)器換能器的變幅桿有關(guān)，大多數(shù)劈刀的直徑是1.5875mm，一些機(jī)器使用3.175mm劈刀。劈刀長度：一般使用劈刀的長度有11.1mm、15.875mm、19.05mm、21.0mm和27.38mm。劈刀的長度對(duì)超聲變幅桿的設(shè)計(jì)及超聲波長的選擇是非常關(guān)鍵的。劈刀的平直面：劈刀的平直面一般是在劈刀的前面

11、，用于劈刀的安裝定位，它與換能器的設(shè)計(jì)有關(guān)，大多數(shù)機(jī)器都是用螺釘從前面把劈刀固定在換能器的變幅桿上，固定時(shí)劈刀的平直面朝前。也有一些設(shè)計(jì)者把劈刀的平直面設(shè)計(jì)在劈刀的背面。劈刀的腳：劈刀的下端頭和劈刀的底部是最關(guān)鍵的，因?yàn)樗钱a(chǎn)生鍵合的部位。劈刀的下端頭又被稱作"腳"，它的前面是腳尖，后面是腳跟。劈刀的腳尖和腳跟的半徑很關(guān)鍵，腳跟必須有相對(duì)較大的半徑，以防止在第一鍵合點(diǎn)的根部產(chǎn)生裂紋；但在第二鍵合點(diǎn)后的扯線又需要它的半徑要小一些，以利用扯線。腳尖的半徑也要足夠大且光滑，以利于送線。劈刀底部結(jié)構(gòu)：對(duì)于帶狀引線，最好使用在底部和送線小縫間開有凹槽的劈刀，黃金規(guī)則2規(guī)定：劈刀底部在引線帶送線方向上要有一個(gè)"十字形槽&qu