目前，电子制造封装互连中绝大部分电气连接方式仍是主要以超声引线键合来实现的，根据能量输入方式的不同，可将其分为超声楔形键合与热超声球形键合两种方式。相较于超声楔形键合技术，以无方向性、键合速度快为上风的热超声球形键合技术需要对连接部位进行局部预热与烧球，故使得其在工业界受青睐程度就不如超声楔形键合.

WedgeBonder也叫楔形键合机是一种用于半导体和电子制造中的关键设备，用于将细线（通常是金线或铝线）连接到集成电路的焊盘或引线框架上。功率模块是可再生能源出产和电动汽车中使用的几乎所有电力电子系统的枢纽构建元件，这两个市场是增长最快的市场。它包含一组功率半导体开关，这些开关互连成特定的拓扑结构并封装在一个外壳中。超声波铝粗线（直径100至500m）键合最常用于电气互连功率半导体。因为对进步传统铝互连可靠性的需求日益增加，用铜线代替铝线引起了人们的极大爱好.

在将铜粗线键合应用于功率器件中的互连时，一个枢纽要求是将准确的金属化层置于芯片焊盘上。铜粗线的硬度至少是铝粗线的两倍，需要更高的键合力和更大的超声波能量才能成功实现超声波键合。在具有尺度铝金属焊盘（厚度为3‑10m，由纯铝或含硅或硅/铜的铝合金制成）的功率器件中，铜粗线会直接沉入铝焊盘，导致键合参数较低时键合非常弱，键合参数较高时芯片损坏。铜粗线键合的焊盘金属化层需要足够强且厚，以将铜线牢固地支撑在焊盘上并承受高键合参数。金属化层还需要提供与铜线的冶金键合性。否则，铜线与铜线之间的键合将无法进行。

考虑了各种芯片焊盘金属化，包括铜层和镍层，以实现铜重线键合。通过对铜重线键合互连进行3D有限元建模(FEM)，评估了不同厚度的不同类型的金属化。

铜粗线键合的三维有限元分析采用三维有限元分析了铜粗线键合的整个过程，如图1所示。模型由楔形工具、导线和功率芯片组成。考虑到功率开关器件的典型层结构，芯片被简朴地建模为由3m厚的铝焊盘、1m厚的SiO2层和200m厚的硅依次堆叠而成。我们还模拟了厚度为300m的铜粗线和尺寸与实验中相同的楔形物。假设铜线和铝焊盘为弹塑性[4‑6]，而硅芯片、氧化层和楔形物为弹性。使用了具有隐式解的商用有限元软件ABAQUS。

铜重线键合已成功应用于电气互连的半桥功率模块的上臂和下臂中的四个IGBT和每个IGBT的续流二极管。对各种芯片焊盘金属化（包括功率器件中使用的尺度铝焊盘）进行了铜重线键合工艺的3DFEM。FEM结果表明，尺度铝焊盘上的铜线键合会在键合外围的跟部或趾部侧引起严峻的塑性变形，后来证明这与实际将铜重线键合到铝焊盘上时观察到的凹坑位置一致。建模还表明，通过在铝焊盘顶部引入镍层可以最明显地减少塑性变形。因此，市售IGBT和二极管芯片的铝焊盘通过化学镀镍得到加固。在镍焊盘上成功进行了300m厚的铜线键合，没有发生凹坑、不粘和焊剥削落等键合失败。铜线与镍垫的键合产生了合理的拉力和剪切强度值。键合界面的TEM分析表明，镍垫中通过化学镀沉积的镍和磷原子以超声波方式扩散到铜线上，这可以归因于两者的牢固键合。界面处不存在镍和铜的表面氧化物，也未发现任何污染物。温度冲击试验和PCT不会引起拉力和剪切强度的明显变化键合机设备一般主要由以下几个部件组成：

键合头（BondHead）：包含楔形工具和超声波换能器，用于施加压力和振动以完成键合。可进行精密的XYZ轴运动以实现正确的定位。压接：楔形工具压下，使线材接触焊盘，同时施加超声波能量或热量。塑性变形：超声波振动或热量使线材在压力下变形，并在焊盘表面形成金属间化合物。第一键合（楔形键合）：线材一端与芯片或引线框架的焊盘形成牢固连接。环路形成：工具移动，形成连接所需的线材环路。第二键合（楔形键合）：线材另一端与第二个焊盘连接楔形工具（WedgeTool）：特定外形的工具用于压接和塑性变形线材。通常由硬质材料制成，以保证耐用性和精度。线材馈送系统（WireFeedSystem）：自动供应和处理线材的系统。确保线材在整个键合过程中的不乱供应和精确定位。工作台（WorkTable）：支持芯片或引线框架的平台。可以移动以适应不同的键合位置和角度。视觉系统（VisionSystem）：用于对芯片或引线框架进行实时定位和对准。包含摄像头和图像处理软件，以进步键合精度。使用光学系统或视觉系统将芯片或引线框架精确定位到键合位置。自动化系统确保楔形工具与焊盘的精确对齐。控制系统（ControlSystem）：负责操纵和监控整个键合过程的计算机系统。包含用户界面，用于设置参数和监测状态。超声波发生器（UltrasonicGenerator）：产生超声波振动，用于促进线材与焊盘之间的塑性变形和焊接。加热系统（HeatingSystem）（可选）：提供额外的热能以改善键合质量，特别是在需要热压键合的应用中。封装和支撑结构：机械框架和罩壳，提供设备的结构支撑和保护。键合的工作流程如图：

目前有两种类型的楔形键合设备。一种以60°⻆将导线送入楔形，另一种以90°⻆送入导线（图1）。因为导线通过楔形⼯具，因此第一次和第二次键合都必须正交。这是降低产量的主要因素。此外，楔形键合机的导线夹位于⼯具后面，这大大增加了便于第二次键合和尾部撕开所需的禁入区。

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