引線鍵合工藝參數(shù)對封裝質(zhì)量的影響因素分析

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1、引線鍵合工藝參數(shù)對封裝質(zhì)量的影響因素分析目前IC器件在各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，對封裝工藝的質(zhì)量及檢測技術(shù)提出了更高的要求，如何實現(xiàn)復(fù)雜封裝的工藝穩(wěn)定、質(zhì)量保證和協(xié)同控制變得越來越重要。目前國外對引線鍵合工藝涉及的大量參數(shù)和精密機構(gòu)的控制問題已有較為深入的研究，并且已經(jīng)在參數(shù)敏感度和重要性的排列方面有了共識。我國IC封裝研究起步較晚，其中的關(guān)鍵技術(shù)掌握不足，缺乏工藝的數(shù)據(jù)積累，加之國外的技術(shù)封鎖，有必要深入研究各種封裝工藝，掌握其間的關(guān)鍵技術(shù)，自主研發(fā)高水平封裝裝備。本文將對引線鍵合工藝展開研究，分析影響封裝質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)，力圖為后續(xù)

2、的質(zhì)量影響規(guī)律和控制奠定基礎(chǔ)。?2.?引線鍵合工藝????WB隨著前端工藝的發(fā)展正朝著超精細鍵合趨勢發(fā)展。WB過程中，引線在熱量、壓力或超聲能量的共同作用下，與焊盤金屬發(fā)生原子間擴散達到鍵合的目的。根據(jù)所使用的鍵合工具如劈刀或楔的不同，WB分為球鍵合和楔鍵合。根據(jù)鍵合條件不同，球鍵合可分為熱壓焊、冷超聲鍵合和熱超聲鍵合。根據(jù)引線不同，又可分為金線、銅線、鋁線鍵合等。冷超聲鍵合常為鋁線楔鍵合。熱超聲鍵合常為金絲球鍵合，因同時使用熱壓和超聲能量，能夠在較低的溫度下實現(xiàn)較好的鍵合質(zhì)量，從而得到廣泛使用。?2.1?鍵合質(zhì)量的判定標準????鍵

3、合質(zhì)量的好壞往往通過破壞性實驗判定。通常使用鍵合拉力測試（BPT）、鍵合剪切力測試（BST）。影響B(tài)PT結(jié)果的因素除了工藝參數(shù)以外，還有引線參數(shù)（材質(zhì)、直徑、強度和剛度）、吊鉤位置、弧線高度等。因此除了確認BPT的拉力值外，還需確認引線斷裂的位置。主要有四個位置：⑴第一鍵合點的界面；⑵第一鍵合點的頸部；?⑶第二鍵合點處；⑷引線輪廓中間。????BST是通過水平推鍵合點的引線，測得引線和焊盤分離的最小推力。剪切力測試可能會因為測試環(huán)境不同或人為原因出現(xiàn)偏差，Liang等人?[1]介紹了一種簡化判斷球剪切力的方法，提出簡化鍵合參數(shù)（RBP

4、）的概念，即RBP=powerA?×forceB×timeC?，其中A，B，C為調(diào)整參數(shù)，一般取0.80，?0.40，0.20。????此外，鍵合標準對于鍵合點的形狀，如第一鍵合點的直徑、厚度等，也有一定要求，這些將直接影響器件的可靠性。?2.2?電子打火系統(tǒng)（EFO）????EFO用于球鍵合工藝中引線球的形成。第二點楔鍵合后，尾絲在電弧放電后熔化，受到重力、表面張力和溫度梯度的作用，形成球體。尾絲的長度受第二鍵合點工藝參數(shù)的影響，因此第二點鍵合將影響到下一個第一點鍵合的質(zhì)量。熔球與引線的直徑比對第一鍵合點尺寸的影響非常大。在引線材質(zhì)

5、不變的條件下，熔球直徑由放電電流、放電時間、放電距離和線尾露出劈刀的長度決定。其中，放電電流和放電時間對成球影響最大，目前控制精度己分別達到10?mA和ms級水平。Qin等人[2]發(fā)現(xiàn)增加放電電流和減少放電時間可以減少熱影響區(qū)域（HAZ）的長度，Tay等人[3]用有限元方法模擬了引線上瞬間溫度的分布狀況。此外，移動打火桿、紫外光輔助熔球、保護氣系統(tǒng)也應(yīng)用到EFO中，EFO的火花是天藍色的，提高熔球質(zhì)量。2.3?超聲系統(tǒng)??(US)???US作為鍵合設(shè)備的核心部件，由發(fā)生器、換能器和聚能器組成。其中換能器負責電能到機械能的轉(zhuǎn)換作用，最為

6、重要。通過調(diào)整換能器可以改變鍵合工具的振動軌跡、振動幅度。之后耦合的聚能器和鍵合工具部分負責超聲能量的放大和傳遞，共同決定了系統(tǒng)諧振頻率。Tsujino等人[4]設(shè)計了一種雙向垂直超聲系統(tǒng)（如圖1所示），在雙向垂直桿上分別裝壓電陶瓷A，B，控制兩個振動系統(tǒng)的頻率可以得到不同圖案的振動軌跡，試驗測得圓形和方形振動軌跡的焊接升溫、變形量和焊接強度高于線性軌跡。???在幾何尺寸固定的情況下，鍵合工具的振動幅度主要隨超聲功率的增大而增大，受鍵合力的影響很小。并且超聲功率越大，達到最大鍵合強度的時間越短，反映出越快的鍵合速度。但是過大的超聲功率

7、會導(dǎo)致焊盤產(chǎn)生裂紋或硬化，降低鍵合強度。良好的自動鍵合機需要對超聲振幅和鍵合時間等參數(shù)進行實時的監(jiān)控。Chiu等人?[5]研究了壓電換能器里PVDF傳感器的安裝形狀對測量結(jié)果的影響。Chu等人[6]研究了壓電換能器里PZT傳感器的安裝位置，Chu認為放在驅(qū)動器的后部可以得到最大的信號噪聲比。Zhong等人?[7]介紹了使用激光多普勒振動計（如圖2所示）測量劈刀的振動傳遞特性。?2.4?鍵合工具????鍵合工具負責固定引線、傳遞壓力和超聲能量、拉弧等作用。其形狀對質(zhì)量有重要影響，球鍵合使用的劈刀如圖3所示。圖中，①為內(nèi)孔，其直徑由引線直

8、徑?jīng)Q定，引線直徑由焊盤的直徑?jīng)Q定。內(nèi)孔的直徑越小，引線輪廓越接近理想形狀，如果內(nèi)孔直徑過小則會增大引線與劈刀間的摩擦導(dǎo)致線弧形狀的不穩(wěn)定；②為壁厚，影響超聲波的傳導(dǎo)，過薄的壁厚會對振幅產(chǎn)生影響；③為外端面和外圓角，影響第