Alpha-W260推拉力測試機助力微電子金絲鍵合工藝改進研究

在微電子封裝領(lǐng)域，微組裝技術(shù)因其微型化、高集成度和高可靠性的特點而備受關(guān)注。特別是在微波組件的制造過程中，金絲鍵合作為連接微電子器件的關(guān)鍵技術(shù)，其質(zhì)量直接決定了產(chǎn)品的可靠性和微波特性，對整個微波組件的性能起著至關(guān)重要的作用。因此，深入分析金絲鍵合工藝的影響因素，并優(yōu)化鍵合參數(shù)，對于提升微波組件的整體性能和可靠性具有重大意義。

本文科準(zhǔn)測控小編旨在探討金絲鍵合工藝中的關(guān)鍵影響因素，并通過實驗研究來確定最佳的鍵合參數(shù)。通過對25μm金絲進行的鍵合實驗和拉力測試，我們收集了大量實驗數(shù)據(jù)，并確保所有測量結(jié)果均符合軍標(biāo)GJB548B-2005的要求。這些數(shù)據(jù)不僅驗證了金絲鍵合工藝的可靠性，而且為實際生產(chǎn)提供了寶貴的參考和指導(dǎo)。

一、金絲鍵合簡介

鍵合是一種在接頭處施加壓力、機械振動、電能或熱能等不同形式能量，以實現(xiàn)連接的方法，它屬于壓力焊接的范疇。在這一過程中，金屬本身不會熔化，但在連接界面之間會發(fā)生原子擴散現(xiàn)象，表明連接面已經(jīng)達(dá)到了足以產(chǎn)生原子間結(jié)合力的接近程度。直接將未封裝的半導(dǎo)體裸芯片安裝到微波多芯片組件（MCM）的基板上，標(biāo)志著微組裝技術(shù)邁出了重要的一步。在裸芯片的互連過程中，鍵合技術(shù)是組裝MCM的核心環(huán)節(jié)。通過熱壓、超聲或熱超聲等技術(shù)，將鋁絲或金絲鍵合或點焊到裸芯片和基板的對應(yīng)焊盤上。

隨著技術(shù)要求的不斷提升，鋁絲鍵合的使用逐漸減少，金絲鍵合已經(jīng)成為微組裝技術(shù)中的一項關(guān)鍵工藝。熱超聲鍵合作為超聲波鍵合的一種衍生技術(shù)，通過增加熱能輸入，融合了熱壓和超聲的優(yōu)點，特別適合于18至100微米范圍的金絲。在本文的研究中，我們特別選擇了25微米的金絲，并采用熱超聲鍵合技術(shù)進行實驗和分析。

二、金絲鍵合的分類

從鍵合工具及對引線端部的工藝處理不同可將金絲鍵 合 分 為 球 形 鍵 合 （ＢａｌｌＢｏｎｄ）和 楔 形 鍵 合（ＷｅｄｇｅＢｏｎｄ），如下圖所示。

球形鍵合過程中，劈刀產(chǎn)生電火花使金絲端部熔化形成球狀，球徑約為金絲直徑的2至3倍。隨后，劈刀下降將金球壓在焊盤上完成第一個焊點。劈刀移動至第二點，以楔形方式完成第二個焊點，并通過扯線使金絲斷裂。接著，劈刀調(diào)整至適當(dāng)高度，準(zhǔn)備下一次鍵合循環(huán)。球形鍵合適用于360°任意角度焊接，通常使用直徑75μm以下的金絲，適用于焊盤間距大于100μm的情況。

楔形鍵合時，金絲通過劈刀背面的通孔，在熱、壓力或超聲波的作用下與焊盤金屬接觸形成連接。這是一種單向焊接工藝，第二焊點需與第一焊點同方向。

三、金絲鍵合質(zhì)量分析

1、金絲質(zhì)量要求

金絲純度需達(dá)到99.99%以上。

金絲尺寸需精確，表面需均勻且無污染。

金絲應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)的拉斷力和延展率要求。

2、金絲直徑的影響

不同集成電路對金絲直徑有不同要求。

本文實驗以常用的25μm金絲為例進行鍵合質(zhì)量分析。

3、工藝參數(shù)優(yōu)化

基于經(jīng)驗確定工藝參數(shù)的范圍邊界，確保鍵合點完整且不壓斷金絲。

在參數(shù)邊界范圍內(nèi)均勻設(shè)計實驗參數(shù)組合，形成實驗方案。

4、實驗材料與方案

選取陶瓷和羅杰斯5880兩種基板板材。

芯片選用GaAs芯片。

使用進口25μm金絲。

根據(jù)常用鍵合類型制定實驗方案。

5、實驗過程

每組工藝參數(shù)使用全新劈刀進行鍵合。

鍵合后進行拉力測試，以拉力值作為參考標(biāo)準(zhǔn)。

6、參數(shù)組合與測試

對每個方案設(shè)計12組參數(shù)組合。

每種組合鍵合10根金絲。

剔除因人為因素造成的不合格焊點，如尾絲過長、焊點不完整、金絲拱弧過低等。

7、拉力測試與數(shù)據(jù)分析

1）檢測設(shè)備

Alpha-W260鍵合推拉力測試機

鍵合推拉力測試機是一種專用于微電子引線鍵合后焊接強度測試、焊點與基板粘接力測試及其失效分析的動態(tài)測試儀器，具備高速力值采集系統(tǒng)，能夠根據(jù)測試需求更換相應(yīng)的測試模組，系統(tǒng)會自動識別模組量程，實現(xiàn)不同產(chǎn)品的靈活測試。該設(shè)備每個工位都設(shè)有獨立安全高度位和安全限速，以防止誤操作損壞測試針頭，具有動作迅速、準(zhǔn)確、適用面廣的優(yōu)勢。它廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體IC封裝、LED封裝、光電子器件封裝、PCBA電子組裝、汽車電子、航空航天及軍工等領(lǐng)域，同時也適用于電子分析研究單位的失效分析以及院校的教學(xué)和研究。

2）檢測標(biāo)準(zhǔn)

按照GJB548B-2005中方法2011.1進行破壞性鍵合拉力實驗。

3）檢測流程

a、實驗準(zhǔn)備

校準(zhǔn)推拉力測試機，確保測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

準(zhǔn)備測試記錄表，用于記錄測試數(shù)據(jù)和結(jié)果。

b、設(shè)備配置

根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)或工藝要求，設(shè)定測試機參數(shù)，如測試速度和最大拉力。

調(diào)整夾具，保證金絲正確穩(wěn)固夾持，測試方向與金絲鍵合方向一致。

c、樣品安裝

將待測軟基板樣品固定在測試機工作臺上，確保樣品平整穩(wěn)定。

調(diào)整夾具使金絲居中，保證測試精確性。

d、實驗操作

啟動測試機，逐漸施加拉力，模擬金絲在實際使用中的受力情況。

觀察金絲在拉力作用下的形變和斷裂現(xiàn)象。

記錄金絲在不同拉力下的形變情況，直至斷裂或脫落。

e、數(shù)據(jù)記錄與分析

記錄金絲斷裂時的最大拉力值，評估金絲鍵合強度。

記錄金絲斷裂位置，識別金絲鍵合的弱點。

分析數(shù)據(jù)，確定金絲鍵合的可靠性，并提出改進措施。

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