李彥林
(甘肅林業職業技術學院, 甘肅 天水 741020)
集成電路封裝又稱電子封裝,在集成電路芯片的生產過程中,它是一道必不可少的工序,是電子器件成為電子系統的一個重要橋梁。它不僅起到連接電路、保護芯片和增強器件導熱性能的作用,更重要的是將晶圓芯片上的鋁墊焊接點用金絲(或銅絲)連接到引線框架內引腳上,從而產生各種電路效果。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)與內引腳之間焊接產生的焊頭,保證集成電路生產的高效性、可靠性和穩定性。
在集成電路封裝測試過程中,引線鍵合是一道關鍵的工藝。引線鍵合工藝質量的好壞,對整個封裝器件的電學性能、穩定性、可靠性等都會產生至關重要的影響。在導致半導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致的,因此,芯片引線鍵合焊接的牢固與否,對半導體元器件的可靠性有很大的影響[1-2]。
將芯片固定于金屬導線架上,采用引線鍵合工藝,依序將細金屬線與芯片及導線架相連接,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,使其產生塑性變形,從而使引線與被焊面實現非常緊密的接觸,進而形成焊接點。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]。
1.2.1 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,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合,完成焊接過程。之后劈刀抬起,沿著預定軌道移動,到達內引腳位置時,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設小孔,使金屬絲與鍵合區平面呈30°~60°夾角。之后楔形劈刀下降,到達焊盤鍵合區域時,將金屬絲壓在焊區表面,采用超聲焊或熱聲焊方式完成鍵合焊。之后劈刀抬起,按預定軌道移動,到達內引腳位置時,利用壓力和超聲能量完成焊接,形成焊點[7]。
劈刀是半導體封裝設備中的關鍵部件之一,其通常使用陶瓷材料或陶瓷復合材料制作,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]。
劈刀主要參數有劈刀孔徑、內倒角、頭部直徑等見圖1。
圖1 劈刀的主要參數
劈刀主要以封裝技術工藝為依據進行分類見表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
劈刀的選用方面,應綜合金線線徑、鋁墊尺寸、鋁墊間距、相鄰弧高等因素,綜合考慮進行選擇。
1)根據金線線徑,選用劈刀孔徑(H)。估算公式為孔徑(H)=金絲線徑+經驗值(0.5~0.8 mil)。
2)根據鋁墊尺寸選用內倒角直徑(DC)大小。估算公式為內倒角直徑(DC)=鋁墊尺寸- 經驗值0.8~0.9 mil。
3)根據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)根據相鄰弧高和相鄰間距選用劈刀頭部形狀。
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
按ASM-AB339 壓焊機“ChgCap”鍵,用扭力扳手按逆時針方向旋轉劈刀螺絲1~2 圈,取下舊劈刀。
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,將劈刀上端塞進孔中,使劈刀上端與上表面相平,用扳手順時針調整到1.8~2 N 扭力上緊劈刀螺絲。
2)連續2 次選擇ASM-AB339 壓焊機機臺“Enter”鍵。
3)ASM-AB339 壓焊機進入超聲波自動檢測。
4)連續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),Press enter to continue(按輸入繼續),按“1”清除劈刀計數。
6)選擇ASM-AB339 壓焊機機臺“Enter”鍵,將十字線對準管腳(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 自動調整打火桿與劈刀水平距離(打火桿高度):
按“A”顯示:“Adjust fir lvl”調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 進行測高。
通過對ASM-AB339 壓焊機劈刀的選用及更換工藝進行研究,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準規范,對提高壓焊設備和劈刀的使用壽命具有很大的實際意義。