集成電路封裝壓焊機劈刀應(yīng)用工藝研究

李彥林

（甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 甘肅 天水 741020）

0 引言

集成電路封裝又稱電子封裝，在集成電路芯片的生產(chǎn)過程中，它是一道必不可少的工序，是電子器件成為電子系統(tǒng)的一個重要橋梁。它不僅起到連接電路、保護(hù)芯片和增強器件導(dǎo)熱性能的作用，更重要的是將晶圓芯片上的鋁墊焊接點用金絲（或銅絲）連接到引線框架內(nèi)引腳上，從而產(chǎn)生各種電路效果。劈刀是集成電路測試過程中壓焊工藝引線鍵合的重要工具，它能高效地切斷金絲（或銅絲）與內(nèi)引腳之間焊接產(chǎn)生的焊頭，保證集成電路生產(chǎn)的高效性、可靠性和穩(wěn)定性。

1 引線鍵合工藝

在集成電路封裝測試過程中，引線鍵合是一道關(guān)鍵的工藝。引線鍵合工藝質(zhì)量的好壞，對整個封裝器件的電學(xué)性能、穩(wěn)定性、可靠性等都會產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。在導(dǎo)致半導(dǎo)體元器件失效的原因中，30%左右的失效都是由芯片互連存在問題而導(dǎo)致的，因此，芯片引線鍵合焊接的牢固與否，對半導(dǎo)體元器件的可靠性有很大的影響[1-2]。

1.1 引線鍵合方式

將芯片固定于金屬導(dǎo)線架上，采用引線鍵合工藝，依序?qū)⒓?xì)金屬線與芯片及導(dǎo)線架相連接，即可完成鍵合。引線鍵合焊接通過采用加熱、加壓、超聲等方式破壞被焊物體表面的氧化層，使其產(chǎn)生塑性變形，從而使引線與被焊面實現(xiàn)非常緊密的接觸，進(jìn)而形成焊接點。引線鍵合的方式中，熱壓鍵合、超聲鍵合和熱聲鍵合三種方式比較常用[3-4]。

1.2 引線鍵合工藝流程

1.2.1 球形鍵合工藝

球形鍵合工藝流程為：將鍵合引線垂直插入柱狀劈刀工具中，引線在電火花的作用下，受熱熔化成液態(tài)，由于液體表面存在張力形成球狀，劈刀下降對焊球加壓，使焊球和集成塊鋁墊結(jié)合，完成焊接過程。之后劈刀抬起，沿著預(yù)定軌道移動，到達(dá)內(nèi)引腳位置時，利用壓力和超聲能量完成焊接，形成焊點[5-6]。

1.2.2 楔形鍵合工藝

楔形鍵合工藝流程為：將金屬絲穿入楔形劈刀背面的預(yù)設(shè)小孔，使金屬絲與鍵合區(qū)平面呈30°～60°夾角。之后楔形劈刀下降，到達(dá)焊盤鍵合區(qū)域時，將金屬絲壓在焊區(qū)表面，采用超聲焊或熱聲焊方式完成鍵合焊。之后劈刀抬起，按預(yù)定軌道移動，到達(dá)內(nèi)引腳位置時，利用壓力和超聲能量完成焊接，形成焊點[7]。

2 劈刀的作用及選用方法

2.1 劈刀的作用

劈刀是半導(dǎo)體封裝設(shè)備中的關(guān)鍵部件之一，其通常使用陶瓷材料或陶瓷復(fù)合材料制作，包括刀體、錐芯孔（也稱為垂直方向孔）和位于刀體前端頂部的尖嘴（刀嘴），刀體和尖嘴是以錐芯孔的中軸線為對稱軸的旋轉(zhuǎn)體。錐芯孔的作用是為了讓焊線穿過，在錐芯孔的前端開口處，錐芯孔的直徑逐漸擴大，亦即錐芯孔的前端開口處呈喇叭形，從而形成錐芯孔的倒角，也稱為內(nèi)切面角度，其作用是便于卡合焊線時所用的金屬球。此外，尖嘴前端縱切面兩側(cè)的切線呈弧形，從而與工作面之間形成一定的角度，即工作面角度[8-10]。

劈刀主要參數(shù)有劈刀孔徑、內(nèi)倒角、頭部直徑等見圖1。

圖1 劈刀的主要參數(shù)

劈刀主要以封裝技術(shù)工藝為依據(jù)進(jìn)行分類見表1，在球形鍵合過程中常用柱狀劈刀見圖1，在楔形鍵合中使用楔形劈刀見圖2。

表1 劈刀的分類

圖2 柱狀劈刀

圖3 楔形劈刀

2.2 劈刀的選用方法

劈刀的選用方面，應(yīng)綜合金線線徑、鋁墊尺寸、鋁墊間距、相鄰弧高等因素，綜合考慮進(jìn)行選擇。

1）根據(jù)金線線徑，選用劈刀孔徑（H）。估算公式為孔徑（H）=金絲線徑+經(jīng)驗值（0.5～0.8 mil）。

2）根據(jù)鋁墊尺寸選用內(nèi)倒角直徑（DC）大小。估算公式為內(nèi)倒角直徑（DC）=鋁墊尺寸- 經(jīng)驗值0.8～0.9 mil。

3）根據(jù)鋁墊間距選用劈刀頭部直徑（Dt）的大小。估算公式為頭部直徑（Dt）=2×鋁墊間距- 平均金球直徑。

4）根據(jù)相鄰弧高和相鄰間距選用劈刀頭部形狀。

2.3 劈刀與金絲直徑對照

劈刀與金絲直徑對照，如表2 所示。

表2 劈刀與金絲直徑對照

3 劈刀更換工藝（以ASM--AB339 壓焊機為例）

3.1 卸載舊劈刀

按ASM-AB339 壓焊機“ChgCap”鍵，用扭力扳手按逆時針方向旋轉(zhuǎn)劈刀螺絲1～2 圈，取下舊劈刀。

3.2 裝載新劈刀

1）ASM-AB339 壓焊機屏幕顯示裝載信息，用鑷子夾住待換上去的劈刀中間，將劈刀上端塞進(jìn)孔中，使劈刀上端與上表面相平，用扳手順時針調(diào)整到1.8～2 N 扭力上緊劈刀螺絲。

2）連續(xù)2 次選擇ASM-AB339 壓焊機機臺“Enter”鍵。

3）ASM-AB339 壓焊機進(jìn)入超聲波自動檢測。

4）連續(xù)2次選擇ASM-AB339壓焊機機臺“Stop”鍵。

5）選擇ASM-AB339 壓焊機機臺“Enter”鍵，Press 1 to reset capiliary stats（按1 清除劈刀計數(shù)），Press enter to continue（按輸入繼續(xù)），按“1”清除劈刀計數(shù)。

6）選擇ASM-AB339 壓焊機機臺“Enter”鍵，將十字線對準(zhǔn)管腳（L/F），再按“Enter”使劈刀在管腳上打1個印記，移動操縱盤使十字線與已打印記中心重合。

7）Auto tch fir lvl 自動調(diào)整打火桿與劈刀水平距離（打火桿高度）：

按“A”顯示：“Adjust fir lvl”調(diào)整打火桿與劈刀水平距離，按上下箭頭鍵，使劈刀頭部（尖）與打火桿頭部（尖）水平后按“Enter-→Stop”退出。

8）按Shift+CtctSr/EFO 進(jìn)行測高。

4 結(jié)語

通過對ASM-AB339 壓焊機劈刀的選用及更換工藝進(jìn)行研究，提出一套有效的劈刀選用方法和ASM-AB339 壓焊機及同類型壓焊機劈刀更換工藝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對提高壓焊設(shè)備和劈刀的使用壽命具有很大的實際意義。