在微電子封裝領(lǐng)域，隨著電子設(shè)備向小型化、高性能化發(fā)展，微組裝工藝的重要性日益凸顯。在眾多鍵合技術(shù)中，金絲球焊以其zhuo越的電氣性能和機(jī)械穩(wěn)定性，成為了連接芯片與引腳的主流技術(shù)之一。球焊技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)任意方向的拱弧鍵合，而且因其高可靠性和一致性，在微電子產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用。然而，金絲球焊工藝的復(fù)雜性以及眾多影響因素的存在，使得成品的合格率并不理想，這直接影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和成本效益。
本文科準(zhǔn)測(cè)控小編旨在深入探討金絲球焊工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從鍵合過程的質(zhì)量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)、失效模式分析，到影響球焊可靠性的主要因素，以及工藝改進(jìn)方法的探討。我們將詳細(xì)分析金絲球焊的每一個(gè)關(guān)鍵步驟，識(shí)別并解決可能影響產(chǎn)品質(zhì)量的問題，以期達(dá)到提高金絲球焊合格率的目標(biāo)，為微電子行業(yè)的技術(shù)革新和產(chǎn)品質(zhì)量提升提供有力的支持。
一、金絲球焊的鍵合過程
金絲球焊是一種經(jīng)典的熱壓超聲連接技術(shù)，最初由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的JE Clank在1968年提出。該技術(shù)通過施加壓力，將超聲能量轉(zhuǎn)換為劈刀的機(jī)械振動(dòng)，促使金絲與被連接區(qū)域之間產(chǎn)生分子間的相互作用力，從而實(shí)現(xiàn)金絲與材料的牢固連接。金絲球焊形成的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖1所示。金絲球焊的鍵合流程可以概括為以下幾個(gè)步驟：
1、形成金球：金絲從劈刀的孔中伸出，打火桿靠近并產(chǎn)生電弧，使得金絲端頭因Q=I^2Rt（其中Q代表形成金球所需的熱量，I代表燒球電流，R代表金絲電阻，t代表放電時(shí)間）而熔化，形成球形。
2、第一次鍵合：劈刀對(duì)金球施加壓力并釋放超聲能量，形成一個(gè)圓餅形狀的焊點(diǎn)。
3、金絲拉伸：氣動(dòng)夾具打開，將金絲拉出形成拱形。
4、形成第二個(gè)焊點(diǎn)：在第二個(gè)接觸點(diǎn)，劈刀再次施加壓力并釋放超聲，形成一個(gè)魚尾形狀的焊點(diǎn)。
5、金絲切斷：劈刀上升的同時(shí)，氣動(dòng)夾具關(guān)閉以切斷金絲，隨后金絲再次從劈刀孔中伸出，開始新一輪的循環(huán)。金絲球焊的整個(gè)流程如圖2所示。
二、金絲球焊的質(zhì)量評(píng)估
判斷金絲球焊質(zhì)量好壞的主要標(biāo)準(zhǔn)有：拉力測(cè)試、焊球剪切力測(cè)試。
1、常用檢測(cè)設(shè)備
Alpha-W260推拉力測(cè)試儀
a、Alpha-W260推拉力測(cè)試儀是用于為微電子引線鍵合后引線焊接強(qiáng)度測(cè)試、焊點(diǎn)與基板表面粘接力測(cè)試及其失效分析領(lǐng)域的專用動(dòng)態(tài)測(cè)試儀器，常見的測(cè)試有晶片推力、金球推力、金線拉力等，采用高速力值采集系統(tǒng)。適用于半導(dǎo)體IC封裝測(cè)試、LED 封裝測(cè)試、光電子器件封裝測(cè)試、PCBA電子組裝測(cè)試、汽車電子、航空航天 等等。亦可用于各種電子分析及研究單位失效分析領(lǐng)域以及各類院校教學(xué)和研究。
b、技術(shù)特點(diǎn)
2、拉力測(cè)試
將鉤針置于金絲弧度的最高處，非破壞性試驗(yàn)緩慢增加鉤針拉力直至設(shè)定值，若金絲及焊點(diǎn)未拉脫，則符合質(zhì)量要求；破壞性試驗(yàn)緩慢增加鉤針拉力直至金絲斷裂或焊點(diǎn)脫落，此時(shí)得到的拉力值即為鍵合拉力，可自動(dòng)計(jì)算出最大值和最小值、平均值、CPK等重要技術(shù)指標(biāo)。
2、剪切力測(cè)試
更換測(cè)試模塊成推刀，將推刀設(shè)定在離焊球底部 3-5um的高處，若焊球被全部推掉無(wú)殘留則表明金球與鍵合區(qū)域未發(fā)生分子間擴(kuò)散，易產(chǎn)生虛焊，焊球剪切力不合格；若焊球殘留20%-50%，則表明分子間擴(kuò)散充分，焊球剪切力合格。
3、失效模式
金絲球焊的主要失效模式包括： A 第一鍵合點(diǎn)(起點(diǎn))脫落； B 第一鍵合點(diǎn)(起點(diǎn))根部斷裂； C 引線斷裂； D 第二鍵合點(diǎn)(斷點(diǎn))根部斷裂； E 第二鍵合點(diǎn)(斷點(diǎn))脫落，如圖5所示，當(dāng)失效模式為 A 或 E 時(shí)，視為不合格；另外， C為金絲鍵合zui可靠的情形。
三、提高金絲球焊工藝的方法
1、每日shou件檢驗(yàn)：每天生產(chǎn)開始前，必須進(jìn)行shou件檢驗(yàn)以確認(rèn)設(shè)備參數(shù)是否設(shè)置正確。這一步驟是質(zhì)量控制的基石，確保了后續(xù)生產(chǎn)過程中設(shè)備參數(shù)的一致性和準(zhǔn)確性。
2、加大抽檢力度：在生產(chǎn)過程中，除了shou件檢驗(yàn)外，還需定期進(jìn)行抽檢，以監(jiān)控生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和焊點(diǎn)質(zhì)量。抽檢是隨機(jī)進(jìn)行的，以確保覆蓋不同的生產(chǎn)批次和時(shí)間段，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題。
3、破壞性與非破壞性試驗(yàn)相結(jié)合：為了全面評(píng)估焊點(diǎn)的質(zhì)量，需要采用破壞性測(cè)試（如拉力測(cè)試和剪切力測(cè)試）和非破壞性測(cè)試（如外觀檢查和X光檢測(cè)）相結(jié)合的方法。破壞性測(cè)試可以提供焊點(diǎn)的物理強(qiáng)度數(shù)據(jù)，而非破壞性測(cè)試則可以在不損傷產(chǎn)品的情況下評(píng)估焊點(diǎn)的外觀和結(jié)構(gòu)完整性。
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