1、超声键合法简介
压力传感器的引线键合方法有超声键合法和热压键合法，另外还有银浆键合法。集成电路用的引线键合法有球栅阵列法、翻片键合法、TAB载带键合，适用于多管脚引线，尚未引入压力传感器中来。超声键合法以工艺简单受到青睐。 超声键合过程的优点在于：
①可在室温下进行键合，而且键合时间不超过1s，提高了键合的速度； ②键合质量比较高。
超声键合是利用超声波的能量，使金属丝与铝电极在常温下直接键合。由于键合工具头呈楔形，故又称楔压焊。其原理是：当劈刀加超声功率时，劈刀产生机械的前后振动，振幅一般为4?m～5?m。由于劈刀对铝丝施加了一定的压力，带动铝丝在电极的表面上来回摩擦，在负载的作用下，超声能量被金属丝吸收，使两者表面产生塑性形变，同时破坏了铝表面的氧化膜，暴露出洁净的表面，使两纯粹的金属面紧密接触，依靠原子间的引力实现键合。楔键合工艺既适用于Au丝，也适用于Al丝。二者的区别在于Al丝采用室温下的超声波键合，而Au丝采用150℃下的热超声键合。最常见的楔键合工艺是Al丝超声波键合，其成本和键合温度较低。常用的材料是掺硅铝丝。
超生键合的铝丝直径的合适范围是25?m~50?m，可对较粗的铝丝进行键合，提高了引线的强度。纯Al过于柔软而不能拉拔成精细的丝状。因此通常添加1％Si或1％Mg以合金强化。
铝丝与芯片电极及印刷线路板连接采用超声波楔形压焊技术，所用的设备称为铝丝超声压焊机，如图1所示。 键合工具的作用是将纵向振动转化为横向振动，通过与引线的接触传递超声能，并在压力的配合下实现引线的键合。本实验采用的劈刀按照铝丝的粗细，分成两种，一种是适用于70?m铝丝的粗刀，它的直径约为90?m。另一种是适用于40?m和50?m铝丝的细刀，它的直径约为70?m。如图2所示。
超声键合后，在显微镜下观察键合点和键合引线是否符合工艺要求，在检查中如果发现有不合格的，就必须剔出。图3是印刷线路板超声键合后的图示。
2、焊点的最佳形状
超声键合的效果表现在焊点的形状上，在显微镜下（垂直照明）观察键合点铝丝的变形情况如图4所示。焊点的形状如得图所示形状，则键合效果好、结实、不易脱开。
图中，W表示键合区(铝丝上劈刀压痕)宽度，L表示键合区(劈刀压痕的部分)长度，划斜线部分表示键合点的键合区。
一般情况下，焊点沿长轴方向为椭圆形，键合点的键合区宽度W应大于或等于所用引线直径(Φ20?m～Φ50?m)的1.2倍和小于或等于引线直径的3.0倍(1.2D≤W≤3.0D引线)；其长度应大于或等于引线直径的1.5倍和小于或等于引线直径的5.0倍(1.5D≤L≤5.0D引线)。如图4所示。如果在一个电路的检查中发现有一个键合点不符合上述要求，或键合区铝丝有缺口或撕裂现象存在，则该电路的键合就不合格。 键合点根部铝丝变形应正常。其中包括：
①键合点根部铝丝不允许有任何割伤或撕裂现象存在，否则，该键合点就不合格。
②键合点根部铝丝上也不应有劈刀严重滑动现象存在，否则会致使键合点根部铝丝出现折痕（与键合区交界处），使铝丝厚度变薄，机械损伤严重，键合点根部铝丝抗拉强度会严重降低。如发生这种现象键合点为不合格。
3、压力传感器的键合工艺及效果
实践中我们通过反复试验，不断改进工艺步骤，认为采用下列规范的工艺步骤，可以达到较好的引线键合效果。
（1）用万用表测量印刷线路板绝缘区之间是否短路，保证其绝缘性。
（2）将环氧树脂粘结剂（914胶）A胶和B胶按照1：5比例配置好后涂于印刷线路板四周边缘，注意不要涂在底座上，否则会覆盖芯片电极。将印刷线路板与封装好的管壳按照图5或图6粘接起来。放置4小时以上。为保证引线键合点的可靠性，我们应尽量使连接芯片上的电极与底座镀镍印刷线路板的引线长度最短，松紧适中。这就涉及到芯片上的电极与印刷线路板的六个焊片对应位置问题。印刷线路板（如图3所示）是镀镍的，与铝丝的键合很可靠，芯片电极为铝电极，Al-Al键合可靠。在显微镜下观察芯片电极，找到印刷线路板应放的最佳位置，使芯片上每一个电极尽量与印刷线路板的六个焊片接近，不能出现个别太近或太远问题。
按照上述要求，找到印刷线路板的最佳位置。图5与图6为两种不同芯片与印刷线路板的平面示意图（实际芯片与印刷线路板有一段距离）
（3）键合前先对硅铝丝进行清洁处理。带手套将硅铝丝绕在不锈钢上，放入烧杯中，用甲苯、丙酮、无水乙醇各超声清洗两次，每次10min～15min以上（或各浸泡30min～40min后，用去离子水冲洗10杯次），干燥后备用。要求硅铝丝表面光亮，光滑，不氧化，不发脆，可塑性好。 （4）调节好超声压焊机各旋钮的位置及压力。
（5）戴手套将封装并清洁后的管壳放在超声压焊机支架上，调整好压焊的位置，劈刀、铝丝合适后，将铝丝压在适当位置。在压焊同时互检管芯质量，是否有掉角、裂纹、铝层划伤、表面氧化等，并剔出坏芯片。
（6）将铝丝首先压焊在芯片电极上，再轻轻适当抬高劈刀并稍微移动一下管芯的位置，再在电极所对应的印刷线路板的铜片区进行压焊。要松紧适当，引线拉力大于等于5g。要求焊点符合要求（图4）。 （7）用钨针拔掉多余的硅铝丝头。
（8）按照上述要求依次对电极进行压焊（重复步骤6、7）。
（9）所有电极键合完毕后，进行外引线导线焊接，按照图5图6依次将对应颜色导线焊接到对应位置上。注意：焊点不能过大，否则会引起与金属管壳的短路。
对于不好的键合，我们也可采用银浆修复或代替键合完成芯片与印刷线路板的连接，键合好的芯片如图7所示。
引线键合机理
超声振动是由PTZ(压电陶瓷)产生，PTZ将超声频率的电压驱动信号转换为相同频率的机械振动（压电逆效应）。并将振动加在变幅杆上，变幅杆和劈刀将振动传输并放大后作用在工作界面上，当劈刀、引线及键合表面接触时，在静压力和振动的作用下相互摩擦、破坏、清除表面氧化膜，产生摩擦热并发生塑性变形，致使两个纯净的金属面紧密接触，达到原子距离的结合，形成牢固的机械连接，从而将金线或铝线焊接在芯片和基板的引脚上，实现引线键合的功能。王福亮 等 开发了基于 LabView和Matlab的PZT驱动信号采集分析系统，获得实际键合个过程中电流电压瞬时频率及相位变化规律，分析了分析阶段特点的稳定性。陈新 等 研究了超声振动和能量的传播特性，阐明垂直双向加载时一种高效的传能模型。李军辉等分析了楔焊键合分离界面特性，给出了其界面模式，并证明PTZ输入阴抗分析的结论与界面微观判断一致。电流信号瞬时和相差。
引线键合设备
引线键合通常有引线键合设备完成。引线键合设备是通过陶瓷细管（劈刀）引导金属引线（金线）在三维空间中做复杂高速的运动以形成各种满足不同封装形式需要的特殊线弧形状，将已做好电路的芯片快速粘接于引线框架上的设备。
换能器是引线键合机的核心部分，由PZT，变幅杆和劈刀组成。
目前键合设备汇总普遍采用陶瓷驱动的低阻抗超声换能器便于能量迅速有效地传递到键合点的金属间界面。通过调整换能器可以改变键合工具的震动轨迹、振动幅度。之后耦合的变幅杆和劈刀部分负责超声能量的放大和传递，共同决定了系统谐振频率。
半导体前端制造工艺的发展促使引线键合技术不断向更细间距、更高效率、更完善的过程控制和可靠性的方向发展。
未来十年间，焊盘间距从35um减小到20um。细间距的要求首先体现在键合设备定位精度上。目前35um的引线间距要求设备的整体定位精度达到微米级，而局部的闭环控制分辨力则为亚微米级。视觉定位系统是设备整体定位精度的重要组成部分。精密直线导轨，高分辨力编码器（光栅尺）也在设备中得到广泛应用。高低两种放大倍率光路常被用来满足高精度和大视场的需要、
1、 关东旭. 《硅集成电路工艺基础》. 北京大学出版社,2003年10月
2、 Dong-Jin Jeong，Amkor Technology Korea.《半导体制造》.2006年10月刊 3、 潘峰.顔向乙.郑轩《全自动键合机工艺调试方法》（期刊）.2009年5月 4、 刘恩科 朱秉升 罗晋升.《半导体物理》. 国防出版社.2008年4月 5、 晁宇晴.杨兆建.乔海灵《引线键合技术进展》（期刊）.2007年04