在微電子封裝領域，隨著電子設備向小型化、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)品中得到了廣泛應用。然而，金絲球焊工藝的復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。
本文科準測控小編旨在深入探討金絲球焊工藝的關鍵環(huán)節(jié)，從鍵合過程的質(zhì)量評估標準、失效模式分析，到影響球焊可靠性的主要因素，以及工藝改進方法的探討。我們將詳細分析金絲球焊的每一個關鍵步驟，識別并解決可能影響產(chǎn)品質(zhì)量的問題，以期達到提高金絲球焊合格率的目標，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)，最初由美國貝爾實驗室的JE Clank在1968年提出。該技術(shù)通過施加壓力，將超聲能量轉(zhuǎn)換為劈刀的機械振動，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，從而實現(xiàn)金絲與材料的牢固連接。金絲球焊形成的焊點結(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代表放電時間）而熔化，形成球形。
2、第一次鍵合：劈刀對金球施加壓力并釋放超聲能量，形成一個圓餅形狀的焊點。
3、金絲拉伸：氣動夾具打開，將金絲拉出形成拱形。
4、形成第二個焊點：在第二個接觸點，劈刀再次施加壓力并釋放超聲，形成一個魚尾形狀的焊點。
5、金絲切斷：劈刀上升的同時，氣動夾具關閉以切斷金絲，隨后金絲再次從劈刀孔中伸出，開始新一輪的循環(huán)。金絲球焊的整個流程如圖2所示。
二、金絲球焊的質(zhì)量評估
判斷金絲球焊質(zhì)量好壞的主要標準有：拉力測試、焊球剪切力測試。
1、常用檢測設備
Alpha-W260推拉力測試儀
a、Alpha-W260推拉力測試儀是用于為微電子引線鍵合后引線焊接強度測試、焊點與基板表面粘接力測試及其失效分析領域的專用動態(tài)測試儀器，常見的測試有晶片推力、金球推力、金線拉力等，采用高速力值采集系統(tǒng)。適用于半導體IC封裝測試、LED 封裝測試、光電子器件封裝測試、PCBA電子組裝測試、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域以及各類院校教學和研究。
b、技術(shù)特點
2、拉力測試
將鉤針置于金絲弧度的最高處，非破壞性試驗緩慢增加鉤針拉力直至設定值，若金絲及焊點未拉脫，則符合質(zhì)量要求；破壞性試驗緩慢增加鉤針拉力直至金絲斷裂或焊點脫落，此時得到的拉力值即為鍵合拉力，可自動計算出最大值和最小值、平均值、CPK等重要技術(shù)指標。
2、剪切力測試
更換測試模塊成推刀，將推刀設定在離焊球底部 3-5um的高處，若焊球被全部推掉無殘留則表明金球與鍵合區(qū)域未發(fā)生分子間擴散，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(起點)脫落； B 第一鍵合點(起點)根部斷裂； C 引線斷裂； D 第二鍵合點(斷點)根部斷裂； E 第二鍵合點(斷點)脫落，如圖5所示，當失效模式為 A 或 E 時，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：每天生產(chǎn)開始前，必須進行shou件檢驗以確認設備參數(shù)是否設置正確。這一步驟是質(zhì)量控制的基石，確保了后續(xù)生產(chǎn)過程中設備參數(shù)的一致性和準確性。
2、加大抽檢力度：在生產(chǎn)過程中，除了shou件檢驗外，還需定期進行抽檢，以監(jiān)控生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和焊點質(zhì)量。抽檢是隨機進行的，以確保覆蓋不同的生產(chǎn)批次和時間段，從而及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題。
3、破壞性與非破壞性試驗相結(jié)合：為了全面評估焊點的質(zhì)量，需要采用破壞性測試（如拉力測試和剪切力測試）和非破壞性測試（如外觀檢查和X光檢測）相結(jié)合的方法。破壞性測試可以提供焊點的物理強度數(shù)據(jù)，而非破壞性測試則可以在不損傷產(chǎn)品的情況下評估焊點的外觀和結(jié)構(gòu)完整性。
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