金絲鍵合第二焊點(diǎn)補(bǔ)球工藝的可靠性分析

摘要：

分析表明，焊接界面粗糙，平整度較差時(shí)，楔形魚尾狀根部容易受傷或粘接不牢固，導(dǎo)致鍵合拉力強(qiáng)度過低。為了提高金絲鍵合工藝可靠性，可以采用補(bǔ)球的工藝，在第二焊點(diǎn)魚尾上種植一個(gè)金絲安全球，提高鍵合引線第二焊點(diǎn)連接強(qiáng)度，闡述安全球放置位置不當(dāng)可能出現(xiàn)鍵合引線斷裂、脫健、安全球虛焊的失效，探討第二焊點(diǎn)牢固性的措施，從而提高金絲鍵合質(zhì)量和可靠性。

0 引言

金絲鍵合工藝是集成電路封裝環(huán)節(jié)上的關(guān)鍵工序，廣泛運(yùn)用與厚膜混合集成電路，單片集成電路中芯片和外殼引腳之間的互連。絲網(wǎng)印刷工藝下的金層界面粗糙，平整度較差，金絲鍵合第二焊點(diǎn)處楔形魚尾狀根部補(bǔ)球過程中經(jīng)常出現(xiàn)根部受傷或粘接不牢固的問題，導(dǎo)致鍵合拉力強(qiáng)度過低，本文通過對(duì)第二焊點(diǎn)牢固性的影響因素進(jìn)行研究，尋找提高金絲鍵合質(zhì)量可靠性的方法。

1 金絲第二焊點(diǎn)形貌

在鍵合設(shè)備鍵合過程中與鍵合界面接觸的鍵合劈刀主要是陶瓷管劈刀，其尖端為圓錐形，一根引線鍵合完成后，第一焊點(diǎn)形貌為圓球形，第二焊點(diǎn)形貌為楔形魚尾狀，如圖1所示。

主要可以分為A、B、C、D四個(gè)區(qū)域。其中，劈刀外切面將金絲壓成魚尾狀，并通過施加和超聲使其與焊盤形成界面鍵合，形成了區(qū)域D，區(qū)域D 最終形成鍵合第二點(diǎn)。另一方面，劈刀內(nèi)切面所構(gòu)成的圓形，在壓力和超聲的作用下，在焊盤上留下了圓形印記，包括區(qū)域A、B、C。其中，在劈刀孔中的金絲，依靠劈刀內(nèi)斜面的作用，與焊盤也形成了一個(gè)小的鍵合區(qū)域，即區(qū)域C。區(qū)域B是金絲尾線在焊盤上留下的壓痕。在區(qū)域A內(nèi)，金絲未與焊盤發(fā)生作用。

2 補(bǔ)球可靠性影響因素

2.1 劈刀端面選型

鍵合所使用陶瓷劈刀尖端在第二焊點(diǎn)形成過程中外切面接觸鍵合引線，是形成魚尾的關(guān)鍵。鍵合劈刀端面有兩種加工方式（如圖2和圖3），精磨拋光和顆粒粗磨，不同加工的端面，鍵合過程中形成的魚尾寬度和形貌（如圖4和圖5）不一樣。

針對(duì)印刷工藝加工的金導(dǎo)帶，使用顆粒加粗加工工藝的劈刀時(shí)，在同樣的鍵合工藝參數(shù)下，魚尾的伸展面更寬，增加了與金層的接觸面積，提高了魚尾的沾附性，保證了補(bǔ)球的工藝可靠性。

2.2 補(bǔ)球位置偏移距離

對(duì)第二焊點(diǎn)魚尾進(jìn)行分段劃分，定義安全球圓心到魚尾變形停止位置圓周邊緣水平距離為安全球的偏移距離AB（如圖6），可以通過調(diào)節(jié)設(shè)備的補(bǔ)球位置偏移值來改變安全球的移動(dòng)距離，從而改變第二焊點(diǎn)覆蓋魚尾的位置，得到不同的加固效果。

安全球覆蓋焊點(diǎn)魚尾的面積為安全球覆蓋面積，通過對(duì)不同安全偏移距離和覆蓋面積進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，研究最優(yōu)的第二焊點(diǎn)補(bǔ)球工藝條件，使第二焊點(diǎn)粘接強(qiáng)度可以得到提高。

調(diào)整焊球的偏移距離，對(duì)不同偏移距離補(bǔ)球后的鍵合引線做鍵合拉力測(cè)試，每種偏移距離鍵合10根25μm絲徑的金絲，鍵合完成后對(duì)比不同試驗(yàn)組的鍵合拉力試驗(yàn)（見表1）。

2.3 產(chǎn)品外殼固定程度

在鍵合第二焊點(diǎn)焊接過程中，鍵合劈刀會(huì)向鍵合界面試加超聲振動(dòng)外，還會(huì)試加一個(gè)垂直向下的壓力。若在這個(gè)過程中，產(chǎn)品外殼因鍵合載具的因素導(dǎo)致產(chǎn)品外殼沒有牢牢夾持在夾具中時(shí)，產(chǎn)品外殼松動(dòng)，鍵合引線魚尾會(huì)在鍵合界面滑動(dòng)移位，超過程序編程位置。鍵合劈刀從上升打火到垂直下降到補(bǔ)球位置的時(shí)，還是會(huì)落在滑動(dòng)偏移之前的位置上，最終導(dǎo)致安全球位置錯(cuò)位，不能夠準(zhǔn)確地覆蓋鍵合焊點(diǎn)魚尾位置（如圖7所示）。

補(bǔ)球位置側(cè)面偏移，導(dǎo)致第二焊點(diǎn)不能夠牢固粘接在金層界面上，在后續(xù)的篩選過程中，機(jī)械振動(dòng)和高低溫循環(huán)下導(dǎo)致極易使鍵合引線從魚尾位置斷裂，導(dǎo)致產(chǎn)品鍵合失效。

3 結(jié)語

在第二焊點(diǎn)魚尾上放置安全球，可以明顯提高金絲鍵合第二焊點(diǎn)的牢固性，提高鍵合引線的拉力強(qiáng)度。在保證鍵產(chǎn)品外殼在鍵合夾具沒有位移滑動(dòng)的前提下，選擇劈刀尖端粗化的劈刀，將安全球放置在根部劈刀壓痕圓心偏移30～40μm的中心位置上，安全球覆蓋第二焊點(diǎn)魚尾面積達(dá)到90%～100%時(shí)，可以使印刷金層上第二焊點(diǎn)粘接性效果最佳，同時(shí)25μm絲徑金絲鍵合拉力≥8g。

審核編輯：湯梓紅