2021年引线键合基础工艺参数对封装质量的影响因素分析.doc

引线键合工艺参数对封装质量影响原因分析
现在IC器件在各个领域应用越来越广泛，对封装工艺质量及检测技术提出了更高要求，怎样实现复杂封装工艺稳定、质量确保和协同控制变得越来越关键。现在国外对引线键合工艺包含大量参数和精密机构控制问题已经有较为深入研究，而且已经在参数敏感度和关键性排列方面有了共识。中国IC封装研究起步较晚，其中关键技术掌握不足，缺乏工艺数据积累，加之国外技术封锁，有必需深入研究多种封装工艺，掌握其间关键技术，自主研发高水平封装装备。本文将对引线键合工艺展开研究，分析影响封装质量关键参数，力图为后续质量影响规律和控制奠定基础。 
2. 引线键合工艺 
    WB伴随前端工艺发展正朝着超精细键合趋势发展。WB过程中，引线在热量、压力或超声能量共同作用下，和焊盘金属发生原子间扩散达成键合目标。依据所使用键合工具如劈刀或楔不一样，WB分为球键合和楔键合。依据键合条件不一样，球键合可分为热压焊、冷超声键合和热超声键合。依据引线不一样，又可分为金线、铜线、铝线键合等。冷超声键合常为铝线楔键合。热超声键合常为金丝球键合，因同时使用热压和超声能量，能够在较低温度下实现很好键合质量，从而得到广泛使用。 
 键合质量判定标准 
    键合质量好坏往往经过破坏性试验判定。通常使用键合拉力测试（BPT）、键合剪切力测试（BST）。影响BPT结果原因除了工艺参数以外，还有引线参数（材质、直径、强度和刚度）、吊钩位置、弧线高度等。所以除了确定BPT拉力值外，还需确定引线断裂位置。关键有四个位置：⑴第一键合点界面；⑵第一键合点颈部； ⑶第二键合点处；⑷引线轮廓中间。 
    BST是经过水平推键合点引线，测得引线和焊盘分离最小推力。剪切力测试可能会因为测试环境不一样或人为原因出现偏差，Liang等人 [1]介绍了一个简化判定球剪切力方法，提出简化键合参数（RBP）概念，即RBP=powerA ×forceB×timeC ，其中A，B，C为调整参数，， ，。 
    另外，键合标准对于键合点形状，如第一键合点直径、厚度等，也有一定要求，这些将直接影响器件可靠性。 
 电子打火系统（EFO） 
    EFO用于球键合工艺中引线球形成。第二点楔键合后，尾丝在电弧放电后熔化，受到重力、表面张力和温度梯度作用，形成球体。尾丝长度受第二键合点工艺参数影响，所以第二点键合将影响到下一个第一点键合质量。熔球和引线直径比对第一键合点尺寸影响很大。在引线材质不变条件下，熔球直径由放电电流、放电时间、放电距离和线尾露出劈刀长度决定。其中，放电电流和放电时间对成球影响最大，现在控制精度己分别达成10 mA和ms级水平。Qin等人[2]发觉增加放电电流和降低放电时间能够降低热影响区域（HAZ）长度，Tay等人[3]用有限元方法模拟了引线上瞬间温度分布情况。另外，移动打火杆、紫外光辅助熔球、保护气系统也应用到EFO中，EFO火花是天蓝色，提升熔球质量。
 超声系统  ( US )
    US作为键合设备关键部件，由发生器、换能器和聚能器组成。其中换能器负责电能到机械能转换作用，最为关键。经过调整换能器能够改变键合工具振动轨迹、振动幅度。以后耦合聚能器和键合工具部分负责超声能量放大和传输，共同决定了系统谐振频率。Tsujino等人[4]设计了一个双向垂直超声系统（图1所表示），在双向垂直杆上分别装压电陶瓷A，B，控制两个振动系统频率能够得到不一样图案振动轨迹，试验测得圆形和方形振动轨迹焊接升温、变形量和焊接强度高于线性轨迹。
    在几何尺寸固定情况下，键合工具振动幅度关键随超声功率增大而增大，受键协力影响很小。而且超声功率越大，达成最大键合强度时间越短，反应出越快键合速度。不过过大超声功率会造成焊盘产生裂纹或硬化，降低键合强度。良好自动键合机需要对超声振幅和键合时间等参数进行实时监控。Chiu等人 [5]研究了压电换能器里PVDF传感器安装形状对测量结果影响。Chu等人[6]研究了压电换能器里PZT传感器安装位置，Chu认为放在驱动器后部能够得到最大信号噪声比。Zhong等人 [7]
介绍了使用激光多普勒振动计（图2所表示）测量劈刀振动传输特征。 
 键合工具 
    键合工具负责固定引线、传输压力和超声能量、拉弧等作用。其形状对质量相关键影响，球键合使用劈刀图3所表示。图中，①为内孔，其直径由引线直径决定，引线直径由焊盘直径决定。内孔直径越小，引线轮廓越靠近理想形状，假如内孔直径过小则会增大引线和劈刀间摩擦造成线弧形状不稳定；②为壁厚，影响超声波传导，过薄壁厚会对振幅产生影响；③为外端面和外圆角，影响第二键合点大小，从而影响第二键