干貨分享|DBC銅線鍵合技術(shù)的可靠性評估及參數(shù)優(yōu)化方法

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，集成電路封裝技術(shù)的要求也在不斷提高。特別是在功率電子領(lǐng)域，絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為關(guān)鍵的功率器件，其性能和可靠性直接影響到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。在IGBT模塊中，引線鍵合技術(shù)是實現(xiàn)芯片與外部電路連接的重要手段，而鍵合材料的選擇和鍵合工藝參數(shù)的優(yōu)化則是確保鍵合質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

銅線作為一種新型的鍵合材料，相較于傳統(tǒng)的鋁線和金線，展現(xiàn)出了更為優(yōu)異的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能。這使得銅線在承載大電流的應(yīng)用中，能夠在不增加鍵合線數(shù)量的前提下，提高電流傳輸能力和散熱效率，從而增強IGBT模塊的性能。然而，銅線鍵合工藝的參數(shù)優(yōu)化和可靠性分析仍然是一個亟待解決的問題。

本文科準測控小編旨在通過對DBC（覆銅陶瓷基板）上銅線超聲楔形鍵合工藝參數(shù)的研究，探索影響鍵合質(zhì)量的關(guān)鍵因素，并優(yōu)化工藝參數(shù)。我們以剪切力作為衡量鍵合質(zhì)量的標準，采用單因素分析法研究各參數(shù)對鍵合點強度的影響，并利用正交試驗方法確定最佳工藝參數(shù)組合。通過這些研究，我們期望為銅線鍵合工藝的參數(shù)設(shè)定提供科學(xué)依據(jù)和指導(dǎo)方法，進而提高IGBT模塊的可靠性和壽命。

一、試驗方法及設(shè)備

1、試驗內(nèi)容

本研究選用純度為99.99%、直徑15 mil（0.381毫米）的賀利氏（Heraeus）銅線作為引線鍵合材料。該銅線具有401 W/(m·K)的熱導(dǎo)率和1.69 μΩ/cm的電阻率。實驗中，我們使用FS 5850型超聲鍵合機進行超聲楔形鍵合。研究的變量包括超聲功率、鍵合壓力、鍵合時間和切絲高度。本文的核心目標是探究引線鍵合參數(shù)的優(yōu)化，以確保鍵合的可靠性并避免鍵合缺陷。

由于鍵合點的脫落和由內(nèi)應(yīng)力引起的斷線問題直接關(guān)聯(lián)到引線的力學(xué)性能，因此，我們選擇機械參數(shù)檢測作為評估鍵合質(zhì)量的標準?？紤]到破壞性拉力測試因拉斷位置和角度的不同而存在誤差，并且無法準確反映兩個鍵合點強度的差異，我們選擇剪切力測試作為評估鍵合點強度的主要方法。通過測量兩個鍵合點的剪切力，我們可以評估鍵合點與基板之間的粘接質(zhì)量。

2、常用檢測設(shè)備

1) Alpha-W260推拉力測試機

a、多功能焊接強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(lǐng)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)。

b、根據(jù)測試需要更換相對應(yīng)的測試模組,系統(tǒng)自動識別模組量程。可以靈活得應(yīng)用到不同產(chǎn)品的測試，每個工位獨立設(shè)置安全高度位及安全限速，防止誤操作對測試針頭造成損壞。且具有測試動作迅速、準確、適用面廣的特點。

c、適用于半導(dǎo)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、軍工等等。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。

2) 設(shè)備特點

3、試驗流程

a、設(shè)備設(shè)置

確保Alpha-W260多功能推拉力測試機處于良好工作狀態(tài)。

調(diào)整測試機的剪切高度至10微米，以適應(yīng)DBC樣品的測試需求。

設(shè)置推球速度為100微米/秒，以保證測試的準確性和重復(fù)性。

b、樣品準備

準備DBC（覆銅陶瓷基板）樣品，確保其表面清潔無污染。

標記DBC上的第一和第二鍵合點，以便準確進行測試。

c、測試準備

將DBC樣品固定在測試機的夾具上，確保樣品穩(wěn)定且鍵合點位置正確對準測試機的推球。

檢查樣品與測試機的接觸情況，避免在測試過程中發(fā)生位移。

d、剪切力測試

啟動測試機，讓推球接觸DBC上的鍵合點，并按照設(shè)定的參數(shù)進行剪切力測試。

對每個鍵合點重復(fù)測試，以確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。

e、數(shù)據(jù)記錄

記錄每個鍵合點的剪切力測試結(jié)果，包括剪切力的大小和任何異常情況。

對測試數(shù)據(jù)進行初步分析，檢查是否有異常值或需要重復(fù)測試的數(shù)據(jù)點。

f、測試后處理

測試完成后，將DBC樣品從測試機上取下，并進行適當(dāng)?shù)那鍧嵑捅ｐB(yǎng)。

對測試機進行必要的維護，確保設(shè)備處于最佳狀態(tài)，以備下次使用。

g、數(shù)據(jù)分析

對收集到的剪切力數(shù)據(jù)進行詳細分析，計算平均值、標準差等統(tǒng)計參數(shù)。

根據(jù)剪切力測試結(jié)果評估鍵合點的粘接質(zhì)量。

h、結(jié)果評估

根據(jù)剪切力測試結(jié)果，評估DBC上第一和第二鍵合點的鍵合強度。

確定是否需要對鍵合工藝參數(shù)進行調(diào)整，以優(yōu)化鍵合質(zhì)量。

二、試驗結(jié)果分析

1、引線鍵合效果摘要

鍵合參數(shù)影響楔形鍵合結(jié)果，導(dǎo)致兩種失效模式：剝離和根切。

理想鍵合顯示兩個鍵合點與金屬緊密接觸，形成機械連接。

單因素對剪切力影響摘要

2、超聲功率

最佳范圍：23-37 W，過小或過大功率均降低鍵合強度。

最大剪切力：第一鍵合點在33.946 W，第二鍵合點在36.072 W。

3、鍵合壓力

最佳范圍：800-1400 g，過小或過大壓力均降低鍵合強度。

最大剪切力：第一鍵合點在1531.793 g，第二鍵合點在1375.579 g。

4、鍵合時間

剪切力隨時間增加而增加，320 ms后增速放緩。

最大剪切力：第一鍵合點在367.208 ms，第二鍵合點在480.000 ms。

以上就是小編介紹的有關(guān)于DBC 銅線鍵合工藝參數(shù)可靠性分析的相關(guān)內(nèi)容了，希望可以給大家?guī)韼椭?！如果您還想了解更多關(guān)于推拉力測試機怎么使用和校準，推拉力測試儀操作規(guī)范，焊接強度測試儀使用方法和鍵合拉力測試儀等問題，歡迎您關(guān)注我們，也可以給我們私信和留言，【科準測控】小編將持續(xù)為大家分享推拉力測試機在鋰電池電阻、晶圓、硅晶片、IC半導(dǎo)體、BGA元件焊點、ALMP封裝、微電子封裝、LED封裝、TO封裝等領(lǐng)域應(yīng)用中可能遇到的問題及解決方案。