为封装的发展趋势，半导体器件的组装正面临着持续的挑战。随着密度的日渐增大，小于45祄的焊垫间距正在成为一种普遍的设计特点。而要实现这种能力，同时保持必要的高良品率和高生产率，以保证组装作业有利可图，设备、工具以及材料等各个方面均须进行相应的改进。作为一种新型设计，可焊线焊接的阵列封装正在挑战着此前只能通过倒封装工艺方可实现的高I/O能力。新型劈刀设计和焊线合金材料等方面的发展，也提供了高度可靠、高强度的金属间键合，并且此类键合具有标准间距上焊点更大的特点。
对设备的更高要求
正如半导体技术蓝图（http://public.itrs.net/）所述，封装密度以及单芯片I/O数量的增加，要求焊线焊接间距及焊线直径同步减小。这种趋势将持续挑战现有的制造能力，并要求我们开发出更多的技巧和技术。
当今前沿的封装在相邻焊垫之间的间距普遍设计为小于50祄，而焊线数量可能会高达1,200条。在典型的制造环境中，40-45祄间距日益普遍。这种新型的封装对组装机器和工艺提出了不容忽视的新型需求。而在许多情况下，只有那些专门针对上述新型封装进行了升级的最新一代焊线焊机方可满足这些新型需求。
目前引入的一些新型设备，可以直接提供35祄的超微间距能力，从而减轻了部分困难，但即使对那些具有充分工艺能力的机械而言，超微间距焊线焊接仍然是一项棘手的工作，必须选用具有更高精度的新型焊线焊接机。
同时，工艺工程师必须对工艺有充分的理解，并对工艺进行控制。他们必须选择工具和焊线以达到所需的焊球尺寸和变形。在对超微间距工艺进行开发和控制的过程中，DOE和统计过程控制技术均属必不可少的手段。材料必须清洁（对所有工艺均强烈推荐等离子体清洁技术，等离子体清洁技术在许多工艺中属于必需的技术），并且对于芯片和基底的金属化而言，高良品率和高可靠度均须作为主要的考虑加以规定。
高密封装专用面积阵列焊接
大面积阵列焊线焊接的隆重登场，为焊线焊接揭开了新的一页。目前生产中已经采用了带有四层焊线焊点的新型封装。这些封装虽然并未在芯片中心进行全面组装，但是也接近了倒封装面积阵列布局所提供的密度。通过这些设计我们实现了单封装达到1000线以上，并且焊线直径和间距均大于单列外周设计可能达到的程度。一块60祄间距的四层面积阵列器件，其有效间距等效于一块15祄间距的外周设计，而焊球和焊线直径均大于60祄工艺。图1所示为一个采用四层面积阵列焊线进行焊接的封装。线径的增大具有更多的优点，包括强度更高、硬度更大，以及电学性质更好等。与1mil的焊线相比，线径更小的焊线其机械和电气性能会显著降低。举例来说，一根直径0.7mil的焊线，其强度要降低51%，硬度（挠曲阻力）要降低76%，而电阻却达到二倍以上。
图1. 采用四层面积阵列焊线进行焊接的封装
要使拱丝高度的高程达到四到五个，同时保持总体最高高程的高度不超过350祄，则先进的弧度控制算法以及出色的拱丝高度和焊线平直度控制均为必不可少。
新型先进劈刀
通过设计特性得到改进的新型工具配置，我们可以实现尺寸更小、强度更高的焊点。新型的内倒角内含式劈刀（CIC）设计降低了焊线和进线孔之间的摩擦，并且在使用直径更大的焊线时不会遇到供料和干扰问题。在这种设计中，焊球包含于劈刀的倒角部位，其焊接强度高于采用其它劈刀时直径相同的焊球的焊接强度。由于采用了较大的线径，因此提高了工艺的健壮度，并且降低了间距、提高了良品率。
线径上微小的差异将对焊接工艺产生显著的影响，其原因在于焊线强度的增量等于线径的平方，而硬度的增量等于线径的四次方。而在焊线强度和硬度都得到提高的情况下，由于强度的提高会改善可操控性、硬度的提高会降低成型过程中的焊线扫尾（sweep），因此工艺的稳定性就得以提高。线径增大之后电导也会提高。而在超微间距焊线焊点中，随着直径的减小，电导将大幅度降低。
随着前沿器件中焊垫间距的减小，对焊接进行控制的工具的尺寸和公差等特性也相应减小。AtlasTM是一种专门针对超微间距应用而开发出的新一代陶瓷材料，其粒度更细、断裂韧度更高。除了改善劈刀的光洁度之外（表面经过抛光之后，在焊接过程中可以降低污染物的累积，而这种累积是劈刀性能劣化的一个主要来源），Atlas 更高的断裂韧度还降低了超微间距和瓶颈状劈刀（劈刀孔和外锥体之间的刀壁横截面较薄，通常小于25祄）中劈刀崩尖的可能性。
先进封装专用新型焊线
含金量高达99.99%的新型焊线配方可满足新型封装设计对焊线提出的要求——虽然这种要求更为苛刻。致密化的焊球间距必然要求我们采用更细的焊线。而要制作出小直径的球焊点，我们也必须针对工艺要求对焊线的机械性质进行精细调整。为了实现高良品率工艺，必须以高速（加速度＞25g）均匀形成拱丝高度较小的小球径球形焊球。因此新型焊线配方所要求的强度和硬度就会高于以往。另外还要对金属间焊点的成型以及焊点性质进行控制以保证产品的长期可靠性。
金质焊球与铝质焊垫之间的焊接独具特色。这就是两种金属之间会形成一种焊接熔核。这种熔核的成份有金、铝，以及焊线和焊垫中包含的微量元素。在焊点的寿命期内，这种金属间的熔核会逐渐发育、硬化，并最终因为空穴的形成而脱裂。为了最大限度地减少空穴并提高焊接的可靠性，在这种焊点合金中掺杂剂的选择具有重要的意义。高温存储（HTS）是一种针对长期可靠性的加速试验。最近已经研制出了包含3-9种成份的焊线合成材料（掺杂剂浓度高达1000ppm）。此类合金经过专门设计，可以提供更高的高温存储（HTS）性质。K&S的Radix 就是这样一种焊线。图2显示的是1,000小时的HTS数据。其中保持了牵拉强度，同时不存在因为上提（Lift）而引起的脱裂模式（我们不需要的模式）。这种新型的焊线合金材料可以改善当前一般都工作在100℃以上的封装的可靠性。
图2. 45 祄 Radix焊线的HTS数据
结论
新的焊线焊接在封装密度的推动下日益加快其演化速度，为此需要我们必须开发新的并且先进的工艺技术以完成焊线焊接任务。虽然新型封装层出不穷，而且对封装工艺提出的要求是前所未有地苛刻，焊线焊接仍将继续提供一条低成本途径，实现高可靠性和灵活的自动化来满足半导体组装产业的需要。
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