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1 引言
目前，随着国产陶瓷外壳进程的推进，国产陶瓷外壳在实际应用中越来越多，许多产品已经用于高可靠电子元器件的封装中，部分产品的引线密度也越来越高，目前国产陶瓷外壳的质量较前些年虽有较大提升，但是与进口陶瓷外壳相比，仍然有较大差距，因而在封装过程中常常会出现一些较严重的外壳质量问题，如陶瓷外壳指状焊盘（键合指）的表面质量，它不仅影响产品的键合质量和键合成品率，同时也会影响生产效率，因此采用一种新的键合工艺来解决这类问题是必然的，而金凸点键合工艺（或称为金凸点植球技术）就是新工艺之一。在国外，这类工艺已广泛应用于叠层封装的键合工艺中。
2 采用金凸点的原因
由于国产陶瓷外壳的指状焊盘（键合指）存在较多的表面质量问题，因而在封装电路的引线键合过程中就会出现较多的键合质量问题，这些问题的存在，使电路键合的质量很难达到键合工艺的要求，或是键合合格品率非常低；为了能够较好地解决这类问题，需要开发一些新的键合技术。
2.1 国产陶瓷外壳指状焊盘（键合指）的表面质量问题
各种国产陶瓷外壳在实际的应用过程中，键合时经常会见到较多类型的外壳指状焊盘缺陷，主要分类如下：
①键合指缺损；
②键合指表面粘污、氧化、锈蚀；
③键合指表面平面度差，呈凸面；
④键合指表面镀层不良，镀层粗糙；
⑤键合指上有凸起物或凹坑；
⑥键合指上有颗粒状物质；
⑦键合指公差较大；
⑧键合指划伤；
⑨键合指可焊性差，估计为有机物沾污；
⑩陶瓷外壳焊环偏移。
2.2 国产陶瓷外壳采用铝丝键合时存在的键合质量问题
国产陶瓷外壳封装的电路，采用铝丝键合时，在键合过程中常会出现以下一些键合质量问题（如图1）：
①键合引线抗拉强度不良、虚焊飞丝、甚至报废等现象；
②键合形变不良，有时还会出现键合引线根裂现象；
③键合指镀层可键合性的一致性差，键合时键合点宽度变化大，或是键合不上，有时还会出现虚焊现象，导致存在潜在的可靠性风险；
④键合引线的抗拉强度值离散性大。
由于在电路的键合过程中常常会遇到上述的外壳质量问题，它严重地影响到产品的键合质量和键合效率，同时也影响到键合成品率，因此我们采用了一种新的键合工艺--金凸点工艺（或称为金凸点植球技术）来解决这类问题。
2.3 金凸点键合工艺的优点
对于部分采用铝丝键合的电路来说，当键合质量很难达到工艺控制要求或电路合格率低时，可采用热声金丝球焊键合工艺来键合（需经过用户同意），因为金丝与陶瓷外壳键合指的金镀层较铝丝与金镀层的键合要好。但是由于外壳指状焊盘的缺陷，键合指上键合的质量和合格品率也较低，电路键合的返工率也较高。采用金凸点键合工艺（或称为金凸点植球技术）可以有效提高键合指上键合点的质量。采用该技术主要是利用：
金球的温度高，键合时更容易形成良好的形变，与金镀层产生可靠的互连；
金球直径一般在金丝直径的2倍以上，与直接将引线键合到外壳键合指上相比增加了粘附面积，也就提高了外壳键合指的键合强度；
植球时，可以将金球更深地压入焊盘的镀层中，使金球与镀层的粘附牢固，而不必担心金丝直接键合到键合指上因形变过大带来的根部损伤问题。
金丝与键合的金球（表面清洁）容易形成键合。
采用该项键合技术，外壳焊盘的键合质量可得到明显的提高，电路键合的一次成功率大大提高，电路键合的合格频率也得到大大提高。
3 金凸点的类型
金凸点键合工艺就是在热声金丝球焊键合过程中，在第二键合点（Stitch bonding，月形键合）完成之前或完成之后植入金凸点。金凸点的外形如图2所示，它能有效提高键合引线第二焊点（Stitch bonding，月形键合）的键合强度，分为两种方式。
3.1 BBOS（Bond ball on stitch）方式
在键合引线完成后，在引线的第二焊点处（Stitch bonding，月形键合，通常在国产陶瓷外壳的键合指上）再植上一个金球，如图2（a）所示。在国产陶瓷外壳中使用该工艺时，必须注意，键合时只有在键合指上能实现良好的断线的，才能够有效地植上金球，否则，有断丝或飞丝现象的，即使植上金球也无法实现电连接。
3.2 BSOB（Bond stitch on ball）方式
在引线键合前，先在引线的第二焊接点处植上一个金球，然后再进行引线键合，让引线的第二焊点键合在预先植好的金球上。如图2（b）所示。
4 金凸点的制作
4.1 键合机自身具有的功能
某些厂商型号较新的键合设备具有BBOS和BSOB功能，这样在键合程序的编制中无需特殊设置，只要开启该功能即可。
4.2 键合程序的编制
某些型号较旧的设备不具有BBOS和BSOB功能，这就需要工艺人员设置特殊的键合程序来实现类似BBOS和BSOB的功能，但这主要取决于键合机的能力，在使用该功能时，有可能会因较强的STITCH键合而存在键合丝拖尾现象，或者断丝或者线尾不稳定导致金线熔融成球不良，造成键合不良或失效，因此在使用中必须严格控制。
5 采用金凸点工艺后的键合引线强度测试分析
5.1 试验设置
材料的选用：采用相同的芯片，贴片方式和贴片材料、金丝、劈刀。
键合机--K&S1484XQ。
测试仪器--DAGE BT22微测试仪。
键合参数：键合时除金凸点参数不同外，其余参数完全相同。
5.2 键合形变的外观对比
如图3、图4所示。
5.3 引线抗拉强度测试对比分析见表1。
从上表中的数据可能看出，在国产陶瓷外壳的引线键合中，常规引线键合工艺的引线抗拉强度离散性极大，有的引线强度测试值略大于GJB548A的3gf接收断定标准，而且破断位置均在外壳键合指上；而金凸点键合工艺的引线强度测试值完全满足GJB548A的判定标准，破断位置均在键合引线的第一焊点（芯片上）的颈部，且离散性较小，由此可说明：在国产陶瓷外壳的引线键合工艺中，金凸点工艺是可行的，它成功解决了键合抗拉强度测试值低和离散性大（破断均在外壳键合指上）的问题。
6 金凸点的可靠性
金凸点键合工艺已通过了各项封装试验，并已在多个品种电路的封装中使用，键合的电路均一次性通过了GJB548A的B级鉴定考核试验，说明该工艺具有良好的可靠性，可以应用于国产陶瓷外壳的键合中。
金凸点工艺能够有效解决国产陶瓷外壳键合指缺陷给常规键合工艺所带来的质量隐患，但是它不能够掩盖国产陶瓷外壳键合指的缺陷，它只能增强外壳键合指上键合引线的抗拉强度，提高产品的可靠性。
7 国产外壳中金凸点工艺的局限性
键合速度/效率的降低：在键合过程中，由于要进行金凸点的键合，相对于其他不需要金凸点键合的，其键合速度/效率有一定程度的降低。 拖尾现象：采用BBOS工艺时，有可能会存在键合丝拖尾、断线、金球成型不良等现象，在使用中必须严格控制。
某些不适用于热声金丝球焊工艺的产品不能采用金凸点工艺。
8 结论
综上所述，金凸点工艺在国产陶瓷外壳中的应用是成功的，它能有效地增强键合指上键合引线的强度，提高键合成品率，同时可提高产品的可靠性，因此，该工艺在实际使用中有较高的推广价值。 |
