什麼是接線技術？

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接線 是在半導體晶粒與封裝之間建立電氣與機械連結或連結模組內部零件的主要方式。此製程是現代微電子的核心，接合的選擇會影響良率、可靠度和成本。簡單來說，接合是將晶片上的小焊盤與載體上的大焊盤接合起來，使晶片與載體之間的電氣和機械聯結更緊密。 晶片 可以與外界連接。接合既是電氣通路，也是機械錨點。晶片不斷縮小，功率裝置中的電流不斷上升，因此接合需要精確、可重複且堅固。本指南說明了常見的接合方式、使用的材料、製程如何運作、故障原因、如何測試接合、簡單的設計規則，以及產業的發展方向。

比較：接線與倒裝晶片

特點	接線	倒裝晶片
概述	一種成熟且廣泛使用的互連方法。它使用由金、鋁或銅製成的細線將晶片墊與封裝引線或銅線連接起來。 PCB 焊墊.	一種較新的封裝方式，將晶片翻轉並直接連接至 PCB 基板 透過微小的焊接凸點，形成短而直接的路徑。
接合方式	– 滾珠接合:在線尖上形成一個小球，並用熱力和力將其粘合，然後將另一端連接至導線架或銅線。 PCB 接觸點. – 楔形接合:使用壓力和超音波能量而不形成圓球，通常在室溫下使用，適用於鋁線上。 PCB 焊墊.	– 焊接凸塊:使用電鍍、蒸發或絲網印刷等方法製成。 - 凸塊直接將模具連接至 PCB 基板，同時作為電氣和機械接頭。
製程步驟	1.準備基板和 PCB 表面. 2.放置並對齊模具。 3.形成第一和第二結合點（球或楔形）。 4.修剪線材，塑造環狀。 5.必要時加入封裝，以保護晶片和 PCB 連接.	1.在晶片墊上形成焊接凸點。 2.將晶片翻轉並對齊 PCB 基板. 3.加熱以回流焊接並製作接點。 4.塗上底層填充物，以加強晶片與底層填充物之間的結合。 PCB.
優勢	- 低成本、經驗證的製程，具備 基於 PCB 的封裝. - 適用於多種封裝類型和晶片尺寸。 - 易於更換設計，可快速使用原型 PCB 組件. - 可靠，適合大量生產。	- 高 I/O 密度，以較短的互連線路連接至 PCB 焊墊. - 更佳的電氣與散熱效能。 - 節省空間 PCB 佈局. - 支援先進的 3D 封裝整合。
挑戰	- 與倒裝晶片上的 I/O 相比，每區域的 I/O 數量更少。 PCB. - 較長的電線會增加電阻和電容，影響 PCB 性能. - 邊緣襯墊需要較大的模具面積。 - RF 和非常高速的用途受到限制。	- 過程更複雜，成本更高 PCB 組裝. - 與 PCB 基板 必須精確。 - 晶片與 PCB 之間的熱應力會降低壽命。 - 完成後較難維修或返工 PCB 板.

什麼是繞線接合及其重要性

接線將一個 晶片的 焊盤到封裝引線或基板跡線。線材通常是細金屬線，尺寸從幾微米到幾百微米不等，視用途而定。它可以是環狀、直線或帶狀。連結線必須具有低電阻、良好的機械強度，並能在熱循環及震動中穩定工作。在使用過程中，它也必須經得起成型、焊接和加熱等後續步驟。

許多工程師選擇繞線接合，因為它對許多封裝類型 (從簡單的 DIP 到複雜的 BGA 和多晶片模組) 都具有彈性且成本低廉。它能處理廣泛的間距，適用於混合信號晶片，而且是業界團隊熟知的製程。倒裝晶片可以提供更短的連結和更好的射頻或熱路徑，但通常成本較高，或迫使上游進行變更。對許多產品而言，接線仍然是成本與效能的最佳平衡。

這個步驟很重要，因為這是設計與實際製程結合的地方。製作精良的襯墊和穩定的製程可提供長壽命。材料、迴路形狀或機器設定的錯誤選擇會造成早期故障或日後顯現的隱藏缺陷。在電源裝置中，薄弱的接合會導致發熱甚至完全失效。在消費性晶片中，則可能導致隨機錯誤或提早退貨。對於汽車和航太業而言，接合製程是獲得認可和安全使用的關鍵。

接合方法與材料

滾珠接合

球形接合是金線和許多銅殼最常用的方法。此製程首先在線材尖端形成一個小球，通常是以火花或火焰形成。一種稱為毛細管的工具會將小球壓在模墊上。接合面加熱至中溫時，會加入超音波能量和力量。熱能與振動的混合會產生類似焊接的接點。接著將線移至基板墊或導線架上，並透過將線壓入到位及增加能量來形成第二次接合。球形接合很受歡迎，因為它能在軟墊上形成強大的第一次接合，而且適用於細間距。

楔形接合

楔形接合使用楔形工具，通常用於鋁線和某些銅線。楔形工具通過剪切、超音波能量和一些熱量滑動並鍵合線材。楔形接合可以進行反向接合和縫合接合。它對於細間距有彈性，對於接合環路必須堅固的電源和 RF 封裝非常有用。

色帶黏合

帶狀接合使用扁平的帶狀導線，具有非常低的電感和低電阻。帶狀線可使用楔形工具接合，並在需要高電流或良好的熱路徑時使用。它在小間距中靈活性較低，但在電源模組和線對板連結中很常見。

製程與鍵結形成

結合是由原子在表面混合形成的。薄薄的氧化物或污垢會阻礙鍵合。超音波能量會擦洗表面，而熱能則會加速原子混合。力會使接觸更緊密。適當的平衡可形成薄而均勻的層，並形成堅固的接合。太熱則會產生厚而脆的層。過大的力量會傷害墊片。控制不當會使接合看起來很好，但在循環或衝擊之後會失效。

在真正的晶圓廠中，大部分的工作都是由機器完成。焊線機利用視覺功能移動模具和工具。機器進行第一次接合、設定線圈形狀，然後進行第二次接合並切割線材。機器會記錄設定，以便工程師檢查變更。配方包括線材類型和尺寸、鍵合時間、功率、力、熱量和鍵合尺寸。工程師經常進行拉力和剪力測試，以檢查穩定性。

品質、測試和可靠性

如何檢查品質

粘合劑必須能承載電流並持久耐用。品質檢驗包括拉力測試、剪力測試、目視檢查和應力測試。拉力測試將線拉至斷裂並記下拉力。剪切測試則是切斷接合球並記下力。這些都是快速檢查接合強度和製程偏移的方法。

常見故障模式

典型的故障包括墊片翹起（即墊片脫落）、腳跟裂縫（即銅線在靠近腳部的地方斷裂）、銅線層變厚變脆以及在惡劣環境下的腐蝕。對於銅線而言，腐蝕和線層生長是主要的風險，因此製造廠可能會使用氣體控制、特殊工具或密封劑。

壓力測試

壓力測試也是關鍵。熱循環會對晶片、導線和封裝產生應力。重複的循環會造成裂縫、翹起或增生，使接點變弱。如果封裝密封性弱，水分會腐蝕接合處，主要是銅。振動和衝擊測試迴路設計和錨定。對於汽車或航空業，需要成套的壓力測試來證明品質。

設計規則與最佳實務

金屬襯墊、尺寸和佈局會影響結果。設計人員應選擇適合導線的金屬：金或鋁用鋁墊，銅用屏障堆疊。墊片必須夠大，以容納接合腳。迴路的高度和形狀是設計的一部分。低的迴路可能會短路；高的迴路可能會破裂。線路應避免急彎，並遠離模具壓力。

設計也必須符合電流和熱量的需求。如果電流較大，可能需要使用線徑較大的線材或許多線材。對於電源，則使用帶狀或多條導線。對於 射頻必須設定迴路長度和形狀，以符合訊號需求。

未來方向

接線的未來在於金屬、機器和新封裝。銅的使用量將會增加，因為它的成本較低，而且可以處理更大的電流，但它需要仔細的加工和空氣控制。更好的工具可以減少磨損和氧化。生產線上更多的感應器可讓晶圓廠更快看到偏移。對於極細間距，線接合與倒裝晶片、通孔和晶圓級封裝混合使用。雷射與混合接合出現在利基領域。

常見問題