2 调试过程主要影响因素分析
按照影响热超声键合工艺调试的先后对各因素分析，这些因素有：键合力闭环控
制，超声功率调试，键合时间及温度，工艺材料的影响能，最后简要介绍理论分
析方法。
2.1 超声功率的影响分析
超声功率对键合质量和外观影响最大，因为它对键合球的变形起主导作用。超声功
率和键合力是相互关联的参数。增大超声功率通常需要增大键合力是相互关联的参
数。增大超声功率通常需要增大键合力使超声能量通过键合工具更多的传递到键合
点处，但是过大的键合力会阻碍键合工具的运动，抑制超声能量的传导，导致污
染物和氧化物被推到了键合区域的中心，形成中心未键合区域。全自动设备的超声
换能器主频一般设置在 100-138kHz。较大的超声波频率可以相应地缩短键合时间。
2.2 键合时间及温度的影响分析
键合时间的设定随着每次焊线条件的变化而变化。一般来说，时间越长，引线球吸
收的能量越多，键合点的直径就越大，界面强度增加，而颈部强度降低。但过长的
时间，会使键合点尺寸过大，超出焊盘边界并且导致空洞生成概率增大，导致颈
部强度降低，增大了颈部断裂的可能，调试设定范围是 2-40ms。
键合温度的影响作用表现在：金属的屈服强度随着温度的提高而下降，因而使丝
线在键合过程中容易变形而实现结合。在实际生产中温度通常控制在 220-240

℃。

2.3 工艺材料的影响分析
引线键合过程中使用的工艺材料主要包括引线和焊线工具。
2.31 焊线工具
引线焊接所使用的焊线工具有两种，一是楔形劈刀，通常是钨碳或者钛碳合金，
在劈刀尾部有一个呈一定角度的进线孔。二是球形焊线所使用的毛细管劈刀，它是
一种轴形对称的带有垂直方向孔的陶瓷工具。
劈刀的尺寸影响引线键合质量和生产的稳定性，因此劈刀的选择及安装是很重要
的。由于键合实验中劈刀易损，所以劈刀必须多备以用。
2.3.2 引线材料
大部分使用在球形焊接上的引线是 99.99%纯度的金线，通常成为 4Ns 金线。金线
直径的大小对焊点的可靠性和线弧有着很密切的关系。目前生产上主要使用的线径
在 30-30um。一般来说，线径越小，弧高和间距理论上也就能控制的越小。但是线
径小了，模塑过程中引线对模塑材料流程的抗冲击性能会有所下降，容易造成引
线歪斜，严重时会导致短路，键合过程中还要保持金线清洁，防止表面沾污使原
子层不能扩散。
2.4 分析方式简介
工艺的研究方式主要是数据实验分析和理论分析。理论方法一般通过有限元分析。
数据试验分析经常使用试验设计方法（DOE）。相关的软件有 ECHIPTM 及 Micro-
swiss 等。
3 工艺调试过程
工艺调试中，首先进行了键合力的标定，之后是扫描超声波的频率（Profile）。当
键合头系统调节完成后，再进行焊线实验，最后对自动焊好的金线进行质量评价。
3.1 键合力闭环控制
3.1.1 键合力标定
键合力标定即是力传感器线性比例系数的标定。
3.1.2 键合力闭环控制的影响分析
键合力加载是否准确直接影响到引线焊接的成功与否，键合力太小会导致一、二焊
点不粘，键合力太大会导致一焊点金球压溃而二焊点过键合。对此关键因素进行了
创新闭环控制设计。
键合力闭环控制实际上是特殊的运动控制技术，传统的运动控制系统的控制器及
其算法只对执行机构的位置和速度信号进行检测，并施加控制。而对键合头运动过
程中的加速度，尤其是压点焊线时力的输出无法采取相应的检测与控制手段。以上
是引起键合过程中，“力-位”模式转换不顺滑、到位过冲等，是造成焊线失败（如
焊点不牢、断线、短尾等）最主要原因之一。
针对过去键合设备这一缺点，新型设备上压力传感器的应用，使控制器可以有效
检测键合头电机在运动过程中的受力/加速度，配合高效的运控算法，将会明显消
除电机的动态误差，并改善速度、加速度跟随特征，降低趋稳时间，使“力-位”模
式转换更加平滑、精确。