金絲鍵合技術作為微電子封裝領域的關鍵互連技術，廣泛應用于集成電路芯片與基板,、基板與殼體間的電氣連接,。根據(jù)鍵合方法的不同，主要分為楔形鍵合和球型鍵合兩種形式：球焊鍵合具有方向靈活,、可靠性高的特點,；楔焊鍵合則能實現(xiàn)最小拱弧且單個焊點占用面積小。在復雜電子系統(tǒng)中,，一個模塊可能包含大量金絲互連,，任何一根金絲的失效都可能導致整個模塊甚至系統(tǒng)故障，因此金絲鍵合質量的嚴格控制至關重要,。

金絲鍵合失效模式主要包括：線弧過長引起的塌陷短路、線弧過緊導致的頸縮點斷裂,、參數(shù)過大引起的焊點過度變形斷裂,，以及參數(shù)過小導致的焊點結合不牢等問題。這些失效模式往往與鍵合工藝參數(shù)設置不當直接相關,。在實際生產(chǎn)中,，超聲功率、鍵合壓力和鍵合時間等參數(shù)對金絲鍵合質量具有決定性影響,。

針對上述問題,，本文科準測控小編將介紹如何選用25μm高純度金絲，采用科學正交試驗方法,，系統(tǒng)研究不同工藝參數(shù)對鍵合質量的影響規(guī)律,，以金絲抗拉強度和焊點形貌作為評價指標，確定zui尤工藝參數(shù)范圍,，為實際生產(chǎn)提供理論指導和技術支持,。

一、金絲鍵合原理與標準

1,、鍵合機理

金絲鍵合是通過熱,、壓力和超聲能量的共同作用，在金屬表面形成原子擴散連接的過程,。當金絲在壓力和超聲振動作用下與焊盤接觸時,，接觸面的氧化層被破壞,，新鮮金屬表面暴露并發(fā)生塑性變形，在原子間作用力下形成冶金結合,。這一過程主要包括以下三個階段：

物理接觸階段：金絲在壓力作用下與焊盤表面接觸,，接觸面積隨壓力增加而增大；

激活階段：超聲振動產(chǎn)生摩擦,，破壞接觸面氧化層,，促進金屬間擴散；

擴散鍵合階段：清潔金屬表面在高溫和壓力作用下形成原子級結合,。

2,、評價標準

本研究依據(jù)GJB548B-2005《微電子器件試驗方法和程序》標準，對金絲鍵合質量進行評估,。標準規(guī)定金絲鍵合的抗拉強度應不低于3gf（約29.4mN）,。此外，斷裂位置也是評價鍵合質量的重要指標：

理想斷裂：頸縮點斷裂,，表明焊點結合強度高于金絲本身強度,；

不良斷裂：焊點脫落，表明鍵合界面結合不牢固,；

金絲中部斷裂：通常由機械損傷或材料缺陷引起,。

二、試驗設備與方法

1,、實驗設備

Beta S100推拉力測試機

本研究采用Beta S100推拉力測試機進行金絲抗拉強度測試,，該設備具有高精度力傳感器（分辨率0.1gf）和精確定位系統(tǒng)，可準確測量金絲斷裂強度并記錄斷裂位置,。鍵合過程使用自動金絲鍵合機完成,，設備配備高精度超聲發(fā)生系統(tǒng)和壓力控制系統(tǒng)。

2,、實驗材料

金絲材料：純度99.99%的25μm金絲

鍵合基板：鍍金2μm的介質基板

芯片焊盤：尺寸100μm×160μm的鋁焊盤,，鋁膜厚600nm

3、推刀或鉤針

4,、常用工裝夾具

三,、試驗方案

采用正交試驗設計方法，研究楔焊和球焊鍵合中不同工藝參數(shù)的影響：

1,、 楔焊鍵合試驗設計

因素水平：

超聲功率：16-18W（3水平）

鍵合壓力：14-16g（3水平）

鍵合時間：60-100ms（3水平）

評價指標：抗拉強度,、斷裂位置、焊點形貌

2,、球焊鍵合試驗設計

因素水平：

超聲功率：30-35μIn（3水平）

鍵合壓力：25-33g（3水平）

鍵合時間：30-35ms（3水平）

評價指標：抗拉強度,、斷裂位置、焊點形貌

每組試驗條件制備9個樣品,，每個樣品測試5根金絲,，取平均值作為該條件下的抗拉強度值,。

3、實驗結果與分析

1）楔焊鍵合結果

a,、第一焊點測試結果

9組試驗的抗拉強度范圍為8.85-10.41gf,，均顯著高于標準要求的3gf。斷裂位置均出現(xiàn)在頸縮點處,，表明焊點結合質量良好,。正交分析表明：

影響因素排序：形變量 > 超聲功率 > 鍵合時間

zui尤參數(shù)：鍵合時間60ms，形變量40%,，鍵合壓力20g

b,、第二焊點測試結果

抗拉強度范圍為7.98-9.79gf，斷裂同樣發(fā)生在頸縮點處,。正交分析顯示：

影響因素排序：形變量 > 超聲功率 > 鍵合壓力

zui尤參數(shù)：鍵合時間120ms,，形變量40%，鍵合壓力22g

2）球焊鍵合結果

a,、第一焊點測試結果

抗拉強度范圍為5.47-6.81gf,，部分樣品出現(xiàn)第二焊點脫焊現(xiàn)象。正交分析表明：

影響因素排序：鍵合壓力 > 超聲功率 > 鍵合時間

zui尤參數(shù)：超聲功率31μIn,，鍵合壓力32g,，鍵合時間39ms

b、補球加固后結果

抗拉強度顯著提高至11.11-12.28gf,，斷裂位置均為頸縮點,。正交分析顯示：

影響因素排序：鍵合時間 > 超聲功率 > 鍵合壓力

zui尤補球參數(shù)：超聲功率34μIn，鍵合壓力38g,，鍵合時間29ms

4、zui尤工藝參數(shù)驗證

采用確定的zui尤工藝參數(shù)進行批量驗證,，隨機抽取10根金絲測試結果顯示抗拉強度范圍為9.07-12.21gf,，全部滿足標準要求且斷裂位置理想。鍵合一次成功率達到了100%,，焊點形貌規(guī)整,，無明顯的變形或損傷。

5,、 結論

通過工藝參數(shù)優(yōu)化,，金絲鍵合抗拉強度顯著高于標準要求，且斷裂位置理想,，一次鍵合成功率可達100%,，滿足批量生產(chǎn)質量要求。

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