PCB上的引线键合是什么？

什么是引线键合？

引线键合是半导体制造中一项关键技术，用于连接集成电路 (IC) 与电器以及印刷电路板 (PCB)。它以其经济高效和经久耐用的互连特性而备受青睐。引线键合利用焊接方法和各种技术，将金属线精确地连接到芯片上，需要高超的专业技术才能确保连接准确耐用。引线键合技术的进步解决了传统焊料键合方法的局限性，提高了半导体系统的可靠性和性能。

引线键合改变了PCB对焊盘表面处理、清洁度、腔体间隙和封装处理的要求，因此应该与PCB表面处理选择以及（对于细间距器件）高级封装组装控制一起进行规定。

有哪些应用？

手机

在手机制造领域，引线键合（尤其是电池组）比传统的点焊更具优势。这项技术利用超声波能量，使电池单元之间的连接更可靠、损伤更小，从而延长电池寿命并提高性能。它解决了点焊的局限性，例如高温和连接松动可能导致短路以及对电池管理系统 (BMS) 造成不利影响，使引线键合成为业内组装电池组的首选。

汽車

在电动汽车中，电池管理系统采用引线键合来连接各个电池单元，确保高效的电力分配和管理。
对于电动汽车电池组，将圆柱形电池连接到电池中的母线需要多种技术，例如引线键合、激光焊接和点焊。引线键合利用超声波能量，通过去除铝上的氧化层形成牢固的原子键合，从而增强连接的可靠性。该方法尤其有利于优化工艺，利用氧化铝的自限性，确保有效的电子转移，从而实现持久的连接。

医疗设备：

对于起搏器而言，引线键合将设备的控制电路与其电源和传感电极连接起来，这对于设备的可靠运行至关重要。在医疗器械领域，引线键合对于起搏器和除颤器等植入式设备至关重要。这些设备依靠引线键合将设备内的硅芯片与其电源和输出端子连接起来。这确保了设备能够准确监测心律并在需要时发出电脉冲，而可靠性和精度对于患者安全和设备寿命至关重要。

航天：

在卫星中，引线键合用于将太阳能电池阵列连接到电源管理系统，这对于太空条件下的供电至关重要。在航空航天领域，引线键合也用于卫星系统，特别是将太阳能电池板连接到电源管理系统。这确保了从太阳能电池板到卫星系统的高效能量传输，这对于卫星在严酷的太空环境中长期运行至关重要，因为可靠性和耐用性至关重要。

对于相关的制造决策，Highleap 还会记录电子制造支持和电路板组件，这有助于防止报价包中出现不明确的注释。

引线键合的优势

适用于小型部件的精度。
无需额外的 PCB 空间即可实现更高的连接密度。
减少敏感元件的热应力。
增强高性能应用程序的可靠性。
非常适合将 IC 直接连接到彼此或狭小空间内的 PCB。

引线键合技术的主要目的，尤其是在高频PCB应用领域（GHz以上），是确保芯片和连接器之间可靠耐用的连接。它对于维护现代电子产品中必不可少的信号和电压脉冲的完整性至关重要。引线键合支持组件之间的实时通信，最大限度地减少信号失真并促进高速数据传输。这使得它在电动汽车制造等性能和可靠性至关重要的领域中不可或缺。

引线键合方法

• 热超声键合：结合热量、超声波能量和力，将导线（通常为金或铜）键合到基板上。这是最常见的方法，广泛应用于半导体封装。
• 超声波粘合：使用超声波振动而不施加外部热量（或最小热量）来粘合铝线，非常适合敏感组件。
• 热压粘合：依靠热量和力来实现粘合，不需要超声波能量，适用于超声波振动可能造成损害的特定应用。

引线键合常用的材料

• 金（Au）：因其优异的导电性、耐腐蚀性和延展性而受到青睐，适合热超声键合。
• 铝（Al）：因其良好的导电性和较低的成本而被广泛使用，适用于超声波和热压粘合。
• 铜 (Cu)：与铝相比，铜具有更优异的电导性和热导性，并且由于其机械强度而越来越多地被使用，但由于氧化而需要小心处理。

引线键合常用的材料

• 金（Au）：因其优异的导电性、耐腐蚀性和延展性而受到青睐，适合热超声键合。
• 铝（Al）：因其良好的导电性和较低的成本而被广泛使用，适用于超声波和热压粘合。
• 铜 (Cu)：与铝相比，铜具有更优异的电导性和热导性，并且由于其机械强度而越来越多地被使用，但由于氧化而需要小心处理。

引线键合工艺

• 球形成：利用火焰或电子放电在电线末端形成一个小球。
• 对准：将导线与芯片或基板上的键合焊盘对齐。
• 粘合：利用热量、超声波能量或两者将球压在焊盘上。
• 环路形成：将导线环到下一个接合点，以保持灵活性并减少压力。
• 第二次键合形成：将导线键合到下一个焊盘上，并将多余的导线剪掉。

引线键合的挑战

了解应用和环境因素对于引线键合的可靠性至关重要。高温、高湿和温度循环等因素可能导致失效，原因包括金属间化合物的形成、腐蚀（包括金铝体系中的电偶腐蚀）以及热膨胀系数 (CTE) 不匹配引起的热机械应力。为了应对这些挑战，我们需要全面了解金属体系及其环境影响，以提升引线键合的耐久性和性能。