高频超声键合技术：引线键合工艺优化与质量检测方法

一、什么是高频超声键合？

高频超声键合是指将超声频率提升至100kHz~250kHz范围内进行的引线键合工艺，相较于传统60kHz超声键合技术而言，该技术通过在更高频率下施加超声能量，使金属引线（金线、铜线、铝线）与芯片焊盘实现固态连接。

二、高频超声键合工作原理

高频超声键合的基本原理与传统超声键合一致，但由于频率提升，其物理机制呈现以下特点：

2.1 超声软化效应

超声能量使金属内部晶格振动加剧，金属表现出软化现象，在机械压力作用下发生塑性变形。Langenecker的研究证实，在高达1MHz频率下超声软化现象依然存在。

2.2 应变速率效应

较高频率下，传递至引线的剪切振动产生更高的应变速率，使引线材料中应力升高。这一机制可能导致引线形变减少，而更多能量传递至焊接界面，从而在较低形变条件下形成牢固键合。

2.3 扩散加速效应

较高频率可加速金属相互扩散过程，促进更高质量的金属焊接形成，对于异种金属（如Au-Al体系）可形成更完整的金属间化合物层。

三、高频超声键合工艺优势

3.1 设备动态性能提升

小型高频换能器具有较小的质量与惯性，可实现更快的运行速度，适用于高速自动化生产场景。

3.2 键合质量改善

• 金属飞溅减少：120kHz频率下键合周边金属飞溅显著减少，有助于提高工艺洁净度
• 键合时间缩短：高频条件下可在更短键合时间内获得更高良率
• 低温键合能力：在100kHz、140kHz、250kHz等较高频率下，可在50℃低温条件下实现优质金球形键合，其中250kHz频率可获得最佳剪切强度

3.3 特殊材料适应性

高频超声在难以键合的焊盘材料（如软基材、聚酰亚胺、PTFE等）上表现出更好的键合特性。研究推测，聚合物材料在高频下吸收的超声能量较少，从而使更多能量集中于键合界面，改善键合效果。

四、高频超声键合****频率范围

五、高频超声键合质量评价

键合质量受超声频率、功率、压力、时间、材料表面状态及工具状态等多因素耦合影响。在工程实践中，推拉力测试是评价引线键合质量最直接、最广泛应用的检测手段。通过专用设备——推拉力测试机，对键合点施加剪切力或拉伸载荷，定量测定键合界面的机械强度：

推力测试：主要用于球形键合点的质量评价，记录焊球脱离焊盘时的最大剪切力。

拉力测试：主要用于楔形键合及线弧强度评价，测得引线断裂或键合点脱离时的最大拉力值。

以上就是科准测控小编对高频超声键合技术的系统介绍，希望对您有所帮助。如果您对超声键合工艺、引线键合质量检测或推拉力测试机的选型与应用有进一步需求，欢迎关注科准测控并联系我们，我们的技术团队将为您提供专业的技术支持与测试解决方案。

审核编辑 黄宇