打線簡介：

引線鍵合，俗稱打線，英文名wire bonding，是金屬線在熱、壓力、超聲等能量結合下的一種電子內互聯技術。引線鍵合是一種固態焊接工藝，鍵合過程中兩種金屬材料（金屬線及焊盤）形成緊密接觸，兩種金屬原子發生電子共享或原子相互擴散，從而使兩種金屬間實現原子量級上的鍵合。

打線按照鍵合能量可以分為熱壓鍵合、超聲鍵合、熱超聲鍵合三種，按照鍵合線的材料分為金絲、鋁絲、銅絲三種。光通信行業一般只用金絲熱超聲鍵合這一種，這是因為光電芯片的表面普遍都會鍍金，金的高頻性能好，而熱超聲鍵合的溫度比較低而且速度很快，可靠性更好。

• 熱壓鍵合：貝爾實驗室在1957年發展一種物理連接技術，運用加熱及加壓，配合適合的下壓時間，將金屬線材連接至單晶線表面，利用此種方法，將金鍺兩金屬接合的溫度只需要250℃，較金鍺共晶溫度356℃來得低，因此在早期的打線接合是廣泛應用的技術

• 超聲鍵合: 由于部分基板不適合加熱，因此1966年發展出另一項技術，在接合的同時導入一超音波，除了接合之外還可協助清潔基板表面，此種方法可在室溫下操作，由于不須加熱即可達到與熱壓接合相同的效果，因此逐漸取代熱壓接合成為主流。

• 熱超聲鍵合: 結合兩者的優缺點，同時導入熱及超聲波來接合，稱為熱超聲鍵合。熱超聲鍵合的溫度約控制在100-150℃，下壓力也遠低于超聲鍵合，可避免下壓力過大傷害基板，亦可避免溫度過高形成金屬間化合物。

引線鍵合的步驟：

第一步設備對焊盤區域預加熱，第二步劈刀通過離子化空氣間隙打火 (Electronic Flame-off，EFO)將金線末端融化形成一個金球，第三步劈刀下壓到焊盤上形成第一焊點(通常在芯片表面)，第四步劈刀牽引金線形成線弧，第五步劈刀再次下壓到焊盤形成第二焊點（通常在引線框架或者基板上）并折斷金絲。（BSOB的方法是先在焊線的第二點種球，然后再將第二點壓在焊球上；BBOS的方法是在焊線的第二點上再壓一個焊球）。更多視頻可以點擊B站視頻https://www.bilibili.com/video/av71868856/.

打線的可靠性

如何來評估打線的可靠性？

破壞性測試參考美軍標MIL-STD-883 Method 2011 Destructive bond pull test和EIA JESD22-B116-1998 Wire Bond Shear Test Method。標準內容很長，具體的參數在本文中寫不下來，bond pull test的意思就是要用鉤子把金線拉斷，ball shear test的意思就是用劈刀把金球從焊盤上給推下來。光模塊廠家在產線開班前或者首件制造完成后，會對產品進行這2個測試，以確保當天的打線設備處于正常狀態。

Wire pull 和 ball shear測試示意圖

外觀目檢上，可以參考參考美軍標MIL-STD-883 Method 2010 INTERNAL VISUAL，一般會關注金線是否有異常彎曲、金球和焊盤的重合面積。這些都是比較容易直觀發現的問題，但打線不同于貼片，有些潛在性的問題潛伏期比較長往往要等到產品運行一段時間后才會完全暴露出來，這是很要命的事情。比如鍵合區域的臟污會導致焊盤脫落，臟污的來源很多，空氣中飄過來的，返工時帶入的，等離子清洗設備或者膠水烘烤設備內引入的等等。

對于TIA、Driver這種多個焊盤的電芯片，打線的先后次序也有要求，一般要先打GND，再打VCC，最后打其他的信號腳。為什么是這個次序？主要是為了保證電芯片在打線過程中的靜電釋放, 最后，電芯片的焊盤表面一般是鋁Al，由于Au和Al兩種不同原子擴散速率不同，在金屬間化合物IMC界面附近會形成柯肯達爾(Kirkendall)空穴，導致焊點分離失效。溫度越高原子擴散速度越快，因此產品完成打線后要及時下料，不能長時間在打線機臺上持續加熱。

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