Apakah Kegagalan Ikatan Wayar Yang Paling Biasa?

Ikatan dawai merupakan salah satu proses sambungan yang paling banyak digunakan dalam pembungkusan semikonduktor. Ia mewujudkan laluan elektrik antara acuan semikonduktor dan rangka plumbum, substrat atau terminal pakej. Apabila antara muka ikatan, gelung dawai atau struktur pakej di sekeliling tidak dikawal dengan betul, kecacatan mungkin muncul semasa pengeluaran, ujian kebolehpercayaan atau operasi lapangan.

Bungkusan yang gagal selepas ikatan dawai tidak semestinya menunjukkan masalah peralatan tunggal. Punca utama mungkin melibatkan keadaan permukaan, penglogaman pad, dawai ikatan, parameter proses, perkakas, sokongan substrat atau tekanan pembungkusan kemudian. Oleh itu, mengenal pasti mod kegagalan sebenar adalah langkah pertama ke arah tindakan pembetulan yang berkesan.

1. Mod Kegagalan Ikatan Wayar Biasa

Pengangkatan Ikatan atau Ikatan Terbuka

Pengangkatan ikatan berlaku apabila ikatan bola atau ikatan jahitan terpisah daripada pad, rangka plumbum atau substrat. Ia mungkin dikesan serta-merta melalui ujian elektrik, ujian tarikan dawai atau pemeriksaan visual, tetapi ikatan marginal juga boleh berkembang menjadi litar sekejap-sekejap atau terbuka selepas tekanan haba atau mekanikal.

Retak Tumit dan Putusnya Dawai

Tumit ialah kawasan peralihan antara dawai terikat dan gelung dawai bebas. Ubah bentuk yang berlebihan, profil gelung yang tidak sesuai, geometri alat, lenturan berulang atau kitaran haba boleh memulakan retakan di kawasan ini. Retakan tumit boleh membesar sehingga dawai menjadi terbuka secara elektrik.

Kerosakan Pad Cratering atau Metalization

Daya ikatan atau tenaga ultrasonik yang berlebihan boleh merosakkan pad ikatan, struktur dielektrik atau silikon di bawahnya. Hasil tipikal termasuk pengelupasan pad, percikan aluminium, pembentukan kawah di bawah pad atau keretakan acuan. Kecacatan ini mungkin tidak selalunya dapat dilihat dari permukaan atas dan mungkin memerlukan analisis keratan rentas atau akustik.

Kecacatan Pembentukan Bola, Jahitan dan Ekor

Keadaan pemadaman nyalaan elektronik yang tidak stabil, wayar yang tercemar, kapilari haus atau parameter yang salah boleh menghasilkan bebola udara bebas yang cacat, ikatan bebola di luar pusat, ikatan jahitan yang lemah, ekor pendek atau bahan tidak melekat. Kecacatan ini mengurangkan konsistensi proses dan boleh meningkatkan kerja semula atau risiko terlepas.

Deformasi Gelung dan Pemintasan Wayar

Ketinggian, rentang atau trajektori gelung yang salah boleh menyebabkan wayar bersebelahan bersentuhan antara satu sama lain atau bersentuhan dengan pakej, tepi acuan atau sebatian acuan. Sapuan wayar semasa pengacuan merupakan satu lagi kemungkinan punca litar pintas, terutamanya dengan wayar panjang atau halus.

2. Punca Utama Kegagalan Ikatan Wayar

Pencemaran Permukaan dan Pengoksidaan

Sisa organik, habuk, cap jari, pencemaran silikon dan oksida permukaan boleh mengurangkan kawasan ikatan berkesan dan menghalang sentuhan antara muka yang stabil. Pencemaran mungkin berasal daripada bahan yang masuk, pelekat acuan, agen pembersih, penyimpanan, pengendalian atau proses berdekatan. Oleh kerana pad yang bersih secara visual pun boleh membawa pencemaran molekul, kawalan proses lebih andal daripada pemeriksaan visual sahaja.

Tetingkap Proses Ikatan yang Tidak Stabil atau Tidak Tepat

Tenaga ultrasonik, daya ikatan, masa ikatan dan suhu peringkat berfungsi bersama. Input yang tidak mencukupi boleh menghasilkan kawasan ikatan yang kecil dan pembentukan antara muka yang lemah. Input yang berlebihan boleh mengubah bentuk dawai secara berlebihan, merosakkan penglogaman pad, menghasilkan retakan tumit atau menyebabkan kawah. Tetapan optimum bergantung pada diameter dan bahan dawai, komposisi pad, sokongan pakej, geometri alat dan keadaan peralatan.

Keserasian Bahan Wayar dan Pad

Dawai emas, kuprum, kuprum bersalut paladium, perak dan aluminium berbeza dari segi kekerasan, sifat pengoksidaan dan pembentukan antara logam. Dawai kuprum, sebagai contoh, secara amnya memerlukan tempoh proses yang lebih ketat kerana ia lebih keras daripada emas dan boleh memberi tekanan yang lebih besar pada struktur pad. Ketebalan kemasan pad, keseragaman dan keadaan penyimpanan juga mempengaruhi kebolehlekitan dan kebolehpercayaan jangka panjang.

Keadaan Kapilari, Baji dan Peralatan

Kapilari atau baji yang haus, sumbing atau tercemar boleh mengubah bentuk ikatan dan keadaan geseran. Variasi dalam prestasi transduser ultrasonik, penentukuran kepala ikatan, pengapit dawai, kestabilan EFO, suhu pemanas atau kawalan paksi-Z juga boleh menghasilkan keputusan yang tidak konsisten. Jangka hayat alat harus diuruskan melalui had kiraan ikatan dan trend kualiti dan bukannya berdasarkan penampilan sahaja.

Ketidakpadanan Tekanan Termomekanikal dan Pekali Pengembangan Terma (CTE)

Ketidakpadanan dalam pekali pengembangan haba (CTE) antara cip, dawai, pad dan sebatian pengacuan menghasilkan tekanan termo-mekanikal semasa variasi suhu. Sifat kitaran tekanan ini membawa kepada kegagalan keletihan haba – retakan bermula dan merambat, akhirnya menyebabkan degradasi isyarat atau litar terbuka. Dalam kitaran kuasa dan ujian kitaran suhu, penyingkiran ikatan dawai merupakan mod kegagalan utama yang mengehadkan hayat.

3. Cara Meningkatkan Kebolehpercayaan Ikatan Wayar

Kawal Kebersihan Permukaan

Takrifkan keperluan pengendalian, penyimpanan dan pembersihan untuk acuan, rangka plumbum dan substrat. Pembersihan plasma boleh membuang banyak sisa organik dan mengaktifkan permukaan terpilih sebelum pengikatan, tetapi jenis gas, kuasa, masa rawatan dan keserasian bahan harus disahkan. Pemprosesan berlebihan boleh mengubah permukaan sensitif, jadi pembersihan plasma harus dianggap sebagai proses terkawal dan bukannya tetapan universal.

Tetapkan Tetingkap Proses yang Disahkan

Gunakan eksperimen yang direka bentuk untuk menilai tenaga ultrasonik, daya, masa dan suhu secara bersama-sama. Resipi yang dipilih harus memberikan kekuatan tarikan atau ricih yang boleh diterima, geometri ikatan yang stabil dan tiada kerosakan pad merentasi variasi bahan dan peralatan yang dijangkakan. Proses pusat tetingkap secara amnya lebih teguh daripada resipi yang beroperasi berhampiran had kecacatan.

Mengekalkan dan Menentukur Pengikat Wayar

Periksa kapilari, baji, pengapit dawai, komponen EFO dan transduser ultrasonik pada selang masa yang ditetapkan. Sahkan daya ikatan, suhu peringkat, ketepatan kedudukan dan prestasi ultrasonik. Rekod penyelenggaraan pencegahan harus dikaitkan dengan trend kecacatan untuk mengenal pasti hanyutan beransur-ansur sebelum ia menyebabkan kehilangan hasil.

Memperkukuhkan Kawalan Bahan Masuk

Nyatakan ketulenan dawai, diameter, sifat mekanikal, penyimpanan gelendong dan jangka hayat. Periksa kemasan pad, ketebalan metalisasi, keadaan rangka plumbum dan kebersihan substrat. Penggantian bahan harus menjalani ujian ikatan dan pengesahan kebolehpercayaan dan bukannya dilepaskan hanya pada kesetaraan dimensi.

Gunakan Pemeriksaan Dalam Proses dan Pemantauan Statistik

Gabungkan visual atau pemeriksaan optik automatik dengan tarikan dawai, ricih bola atau ujian ricih ikatan yang sesuai. Jejaki dimensi ikatan, mod kegagalan, keputusan tarikan atau ricih, peristiwa tidak melekat dan penggunaan alat melalui kawalan proses statistik. Pemantauan trend adalah lebih berkesan daripada hanya bergantung pada pemeriksaan lulus/gagal akhir.

Padankan Tindakan Pembetulan dengan Mod Kegagalan

Jangan tingkatkan kuasa atau daya ultrasonik secara automatik apabila ikatan lemah ditemui. Kenal pasti dahulu di mana dan bagaimana ikatan tersebut gagal. Mikroskopi optik, pengelasan kegagalan ujian tarik, mikroskopi elektron imbasan, keratan rentas, analisis unsur dan pengimejan akustik boleh digunakan bergantung pada kecacatan. Tindakan pembetulan harus menyasarkan mekanisme yang disahkan.

4. Panduan Penyelesaian Masalah Pantas