推拉力測(cè)試機(jī)在銅線(xiàn)鍵合二焊點(diǎn)中的參數(shù)優(yōu)化研究！

在現(xiàn)代半導(dǎo)體封裝工藝中，引線(xiàn)鍵合技術(shù)作為芯片與外部電路連接的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其質(zhì)量直接影響著電子器件的可靠性和性能。隨著封裝技術(shù)向高密度、小型化方向發(fā)展，銅線(xiàn)鍵合因其優(yōu)異的導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)性和成本優(yōu)勢(shì)，正逐步取代傳統(tǒng)的金線(xiàn)鍵合。然而，銅線(xiàn)鍵合工藝參數(shù)的優(yōu)化仍面臨諸多挑戰(zhàn)，特別是第二焊點(diǎn)(二焊點(diǎn))的鍵合強(qiáng)度控制尤為關(guān)鍵。

本文科準(zhǔn)測(cè)控小編將采用Alpha W260推拉力測(cè)試機(jī)，結(jié)合正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)分析了影響銅線(xiàn)二焊點(diǎn)鍵合強(qiáng)度的關(guān)鍵參數(shù)，為工藝優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。通過(guò)極差分析、方差分析和回歸建模，我們建立了工藝參數(shù)與鍵合強(qiáng)度的定量關(guān)系，最終驗(yàn)證了優(yōu)化工藝方案的可靠性，為實(shí)際生產(chǎn)提供了重要參考。

一、測(cè)試原理

引線(xiàn)鍵合是通過(guò)金屬導(dǎo)線(xiàn)(金、銅、銀等)將芯片上的焊盤(pán)與引線(xiàn)框架管腳連接的技術(shù)。超聲熱壓鍵合結(jié)合了熱壓和超聲兩種能量形式，其原理主要包括：

超聲軟化效應(yīng)：高頻超聲波(通常60-120kHz)使金屬晶格產(chǎn)生微觀(guān)振動(dòng)，降低屈服強(qiáng)度，促進(jìn)塑性變形。

摩擦焊接機(jī)制：劈刀與金屬線(xiàn)、基板間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦熱，促進(jìn)金屬間擴(kuò)散。

壓力輔助鍵合：靜態(tài)壓力確保接觸面緊密貼合，促進(jìn)原子擴(kuò)散。

二焊點(diǎn)形成過(guò)程涉及復(fù)雜的物理化學(xué)變化，其強(qiáng)度受多種參數(shù)交互影響，包括：

超聲功率(USG)：影響能量輸入和軟化程度

壓力(Force)：決定接觸緊密性

研磨參數(shù)(Scrub cycle/Amplitude/Frequency)：控制界面摩擦狀態(tài)

二、測(cè)試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

JEDEC JESD22-B116：引線(xiàn)鍵合剪切測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

MIL-STD-883 Method 2011.7：鍵合強(qiáng)度測(cè)試方法

SEMI G32-94：銅線(xiàn)鍵合工藝指南

IPC/JEDEC-9704：銅線(xiàn)鍵合可靠性評(píng)估

三、測(cè)試設(shè)備

1、Alpha W260推拉力測(cè)試機(jī)

A、設(shè)備介紹

Alpha W260推拉力測(cè)試機(jī)是一款專(zhuān)為半導(dǎo)體封裝、電子組裝等領(lǐng)域設(shè)計(jì)的高精度測(cè)試設(shè)備。其主要特點(diǎn)包括：

高精度測(cè)量：配備24Bit超高分辨率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，確保測(cè)試數(shù)據(jù)的高精度和高重復(fù)性。

多功能性：支持多種測(cè)試模式，包括晶片推力、金球推力、金線(xiàn)拉力等，適用于不同封裝形式的測(cè)試需求。

自動(dòng)化操作：X、Y軸自動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì)，操作簡(jiǎn)便，測(cè)試效率高。

安全性：每個(gè)工位設(shè)有獨(dú)立安全高度和限速，防止誤操作損壞測(cè)試針頭。

這些特點(diǎn)使得Alpha W260成為COB封裝推拉力測(cè)試的理想選擇。

2、鉤針

3、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求

拉力測(cè)試速度：5mm/s

測(cè)試角度：30°±5°

失效模式判定：第一焊點(diǎn)頸部斷裂為有效數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)采集：每組至少15個(gè)有效樣本

四、實(shí)驗(yàn)流程

步驟一、樣品制備

基板準(zhǔn)備：采用鍍銀銅框架(銀層厚度2-5μm)，乙醇超聲清洗5分鐘，氮?dú)獯蹈?/span>

芯片貼裝：使用環(huán)氧樹(shù)脂膠將芯片粘接在框架上，150℃固化1小時(shí)

工藝參數(shù)設(shè)置：根據(jù)正交表L27(3^5)設(shè)置27組參數(shù)組合(表1)

步驟二、鍵合工藝

第一焊點(diǎn)形成：

打火燒球：EFO電流30mA，時(shí)間0.3ms

鍵合參數(shù)：固定USG=50，Force=40gf，Time=15ms

線(xiàn)弧成型：弧高100μm，跨度1.5mm

第二焊點(diǎn)鍵合：按正交表參數(shù)執(zhí)行，每組重復(fù)15根線(xiàn)

步驟三、拉力測(cè)試

1、設(shè)備校準(zhǔn)：使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼校準(zhǔn)Alpha W260測(cè)試機(jī)

2、測(cè)試設(shè)置：

鉤針位置：距二焊點(diǎn)50μm

測(cè)試速度：5mm/s

測(cè)試角度：30°

3、數(shù)據(jù)采集：

記錄最大拉力值

觀(guān)察失效模式(僅保留第一焊點(diǎn)頸部斷裂數(shù)據(jù))

每組剔除異常值后取15個(gè)有效數(shù)據(jù)平均值

步驟四、數(shù)據(jù)分析

極差分析：計(jì)算各因素K值和極差R

方差分析：評(píng)估因素顯著性(P<0.1)

交互作用分析：構(gòu)建二元表分析顯著交互項(xiàng)

回歸建模：建立拉力與參數(shù)的線(xiàn)性模型

步驟五、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

按優(yōu)化方案A1B1C1D2E2進(jìn)行鍵合

重復(fù)測(cè)試3組，每組15個(gè)樣本

對(duì)比優(yōu)化前后拉力值

五、注意事項(xiàng)

環(huán)境控制：溫度23±1℃，濕度45±5%RH

設(shè)備預(yù)熱：測(cè)試機(jī)預(yù)熱30分鐘以上

鉤針選擇：使用1mil(25μm)鎢鋼鉤針

數(shù)據(jù)有效性：失效模式不符合要求的數(shù)據(jù)應(yīng)剔除

參數(shù)交互：注意顯著交互項(xiàng)的實(shí)際影響

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