鍵合線弧高度對(duì)鍵合拉力的影響分析

沈海軍，劉新寧，景為平，孫海燕，

（1.東南大學(xué)，南京 210096；2.南通大學(xué)江蘇省專用集成電路設(shè)計(jì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南通 226019；3.南通富士通微電子股份有限公司，南通 226006）

1 引言

在集成電路封裝的質(zhì)量控制中，鍵合拉力作為產(chǎn)品質(zhì)量考量的重要因素之一，有著非常重要的地位。對(duì)于同一根鍵合連接線，當(dāng)線弧的高度不同時(shí)，其鍵合拉力的測(cè)量結(jié)果存在著一定的差異。文章即是為了驗(yàn)證這種差異，并從中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生這種差異的原因及規(guī)律，為實(shí)際生產(chǎn)中鍵合工藝的優(yōu)化、鍵合弧高的控制、鍵合拉力的合理規(guī)范以及產(chǎn)品整體厚度的控制、制品異常分析提供依據(jù)。

2 鍵合拉力測(cè)試?yán)碚撘罁?jù)

圖1為鍵合拉力測(cè)試的理論圖示。F1為第一焊點(diǎn)受到的拉力，F(xiàn)2為第二焊點(diǎn)受到的拉力，F(xiàn)wp為線弧測(cè)試的讀出拉力。根據(jù)力的分解原理：

文章主要從第一焊點(diǎn)斷裂和第二焊點(diǎn)斷裂兩種失效模式來(lái)討論鍵合的拉力情況。首先通過(guò)理論分析來(lái)判定當(dāng)前焊線鍵合拉力的變化規(guī)律。

2.1 第一焊點(diǎn)斷裂

通過(guò)公式（1）可以看出：F1跟角度θ1成正比。設(shè)定Fwp恒定，即當(dāng)以一定的力垂直（根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)MIL STD 883，Method2011）去拉該焊線時(shí)，隨著角度θ1的變化，第一焊點(diǎn)的受力隨著該角度的增大而增大。即線弧越高，拉力越大；反之，拉力則越小。由此可以說(shuō)明，導(dǎo)致第一焊點(diǎn)頸部斷裂的力的大小，跟線弧的高低有很大的關(guān)聯(lián)。這一結(jié)論在實(shí)際的測(cè)量結(jié)果中可以通過(guò)有效的數(shù)據(jù)得到佐證。

2.2 第二焊點(diǎn)斷裂

通過(guò)公式（2）可以看出：F2跟角度θ2成正比。設(shè)定Fwp值恒定，即當(dāng)以一定的力垂直去拉該焊線時(shí)，隨著角度θ2的變化，第二焊點(diǎn)的受力隨著該角度的增大而增大。即線弧越高，拉力越大；反之，拉力則越小。據(jù)此可以說(shuō)明，導(dǎo)致第二焊點(diǎn)根部斷裂的力的大小，跟線弧的高低有必然的聯(lián)系。同樣，這一結(jié)論在實(shí)際的測(cè)量結(jié)果中可以通過(guò)有效的數(shù)據(jù)得到佐證。

3 鍵合拉力驗(yàn)證過(guò)程及結(jié)果

圖2為本文實(shí)際操作的焊接示意圖。H表示線弧高度；Die指芯片，用于焊接線弧的第一焊點(diǎn)；Lead指內(nèi)引線腳，用于焊接線弧的第二焊點(diǎn)。焊線采用純度為99.99%、線徑為25μm的金線，所有線弧的投影等長(zhǎng)，通過(guò)改變線弧的高度（即H值的大小）來(lái)測(cè)試鍵合拉力的變化，并驗(yàn)證理論分析的結(jié)論。

表1為兩種不同線弧高度情況下所測(cè)得鍵合拉力結(jié)果。結(jié)果表明：鍵合拉力的平均值隨著線弧高度的不同，之間存在著明顯差異。樣本1因線弧較低，拉力的平均值及CPK都偏小；樣本2因線弧較高，拉力的平均值及CPK值也較大。通過(guò)這一結(jié)果，可以得出：鍵合弧度的高低直接影響拉力的數(shù)值及穩(wěn)定性。

圖3表示兩組不同線弧高度情況下鍵合拉力結(jié)果的趨勢(shì)對(duì)比。由圖可以看出：樣本2的所有拉力數(shù)據(jù)均基于5g~8g之間，整體過(guò)程也比較穩(wěn)定；樣本1的所有拉力數(shù)值也同樣基于5g~8g之間，但其拉力平均值及CPK都低于樣本2。這一結(jié)果同理論分析是一致的，這可以為實(shí)際生產(chǎn)中鍵合的工藝優(yōu)化、產(chǎn)品的弧高控制及拉力的判定基準(zhǔn)提供理論依據(jù)和實(shí)際證明。

4 結(jié)論

通過(guò)以上理論分析及實(shí)際的測(cè)量結(jié)果，可以得出：在集成電路的封裝工藝中，鍵合線弧高度的變化作為鍵合拉力的一個(gè)重要影響因素，直接影響其結(jié)果。鍵合線弧的高度越高，其拉力值就越大，整體拉力也趨向平穩(wěn)；反之，拉力則越小，整體拉力也不夠穩(wěn)定。這對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)中鍵合的弧高控制以及合理規(guī)范拉力的標(biāo)準(zhǔn)提供了理論及現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

［1］Lee Levine.Understanding the Wire Bonding Pull Test[M].2005:4.

［2］Saraswati, Ei Phyu Theint, D. Stephan,et al..Looping Behaviour of Gold Ball Bonding Wire[M].2004:3.

［3］MIL-STD883E[P].31 DEC 1996: 5-7.

［4］電子封裝技術(shù)叢書編委會(huì).集成電路封裝試驗(yàn)手冊(cè)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1998.136-137.

［5］K&S.Maxum Basic Process Parameters Guidelines[M].2005:21-22.