在微電子封裝領域，微組裝技術因其微型化、高集成度和高可靠性的特點而備受關注。特別是在微波組件的制造過程中，金絲鍵合作為連接微電子器件的關鍵技術，其質量直接決定了產品的可靠性和微波特性，對整個微波組件的性能起著至關重要的作用。因此，深入分析金絲鍵合工藝的影響因素，并優化鍵合參數，對于提升微波組件的整體性能和可靠性具有重大意義。
本文科準測控小編旨在探討金絲鍵合工藝中的關鍵影響因素，并通過實驗研究來確定最佳的鍵合參數。通過對25μm金絲進行的鍵合實驗和拉力測試，我們收集了大量實驗數據，并確保所有測量結果均符合軍標GJB548B-2005的要求。這些數據不僅驗證了金絲鍵合工藝的可靠性，而且為實際生產提供了寶貴的參考和指導。
一、金絲鍵合簡介
鍵合是一種在接頭處施加壓力、機械振動、電能或熱能等不同形式能量，以實現連接的方法，它屬于壓力焊接的范疇。在這一過程中，金屬本身不會熔化，但在連接界面之間會發生原子擴散現象，表明連接面已經達到了足以產生原子間結合力的接近程度。直接將未封裝的半導體裸芯片安裝到微波多芯片組件（MCM）的基板上，標志著微組裝技術邁出了重要的一步。在裸芯片的互連過程中，鍵合技術是組裝MCM的核心環節。通過熱壓、超聲或熱超聲等技術，將鋁絲或金絲鍵合或點焊到裸芯片和基板的對應焊盤上。
隨著技術要求的不斷提升，鋁絲鍵合的使用逐漸減少，金絲鍵合已經成為微組裝技術中的一項關鍵工藝。熱超聲鍵合作為超聲波鍵合的一種衍生技術，通過增加熱能輸入，融合了熱壓和超聲的優點，特別適合于18至100微米范圍的金絲。在本文的研究中，我們特別選擇了25微米的金絲，并采用熱超聲鍵合技術進行實驗和分析。
二、金絲鍵合的分類
從鍵合工具及對引線端部的工藝處理不同可將金絲鍵 合 分 為 球 形 鍵 合 （ＢａｌｌＢｏｎｄ）和 楔 形 鍵 合（ＷｅｄｇｅＢｏｎｄ），如下圖所示。
球形鍵合過程中，劈刀產生電火花使金絲端部熔化形成球狀，球徑約為金絲直徑的2至3倍。隨后，劈刀下降將金球壓在焊盤上完成第一個焊點。劈刀移動至第二點，以楔形方式完成第二個焊點，并通過扯線使金絲斷裂。接著，劈刀調整至適當高度，準備下一次鍵合循環。球形鍵合適用于360°任意角度焊接，通常使用直徑75μm以下的金絲，適用于焊盤間距大于100μm的情況。
楔形鍵合時，金絲通過劈刀背面的通孔，在熱、壓力或超聲波的作用下與焊盤金屬接觸形成連接。這是一種單向焊接工藝，第二焊點需與第一焊點同方向。
三、金絲鍵合質量分析
1、金絲質量要求
金絲純度需達到99.99%以上。
金絲尺寸需精確，表面需均勻且無污染。
金絲應滿足標準的拉斷力和延展率要求。
2、金絲直徑的影響
不同集成電路對金絲直徑有不同要求。
本文實驗以常用的25μm金絲為例進行鍵合質量分析。
3、工藝參數優化
基于經驗確定工藝參數的范圍邊界，確保鍵合點完整且不壓斷金絲。
在參數邊界范圍內均勻設計實驗參數組合，形成實驗方案。
4、實驗材料與方案
選取陶瓷和羅杰斯5880兩種基板板材。
芯片選用GaAs芯片。
使用進口25μm金絲。
根據常用鍵合類型制定實驗方案。
5、實驗過程
每組工藝參數使用全新劈刀進行鍵合。
鍵合后進行拉力測試，以拉力值作為參考標準。
6、參數組合與測試
對每個方案設計12組參數組合。
每種組合鍵合10根金絲。
剔除因人為因素造成的不合格焊點，如尾絲過長、焊點不完整、金絲拱弧過低等。
7、拉力測試與數據分析
1）檢測設備
Alpha-W260鍵合推拉力測試機
鍵合推拉力測試機是一種專用于微電子引線鍵合后焊接強度測試、焊點與基板粘接力測試及其失效分析的動態測試儀器，具備高速力值采集系統，能夠根據測試需求更換相應的測試模組，系統會自動識別模組量程，實現不同產品的靈活測試。該設備每個工位都設有獨立安全高度位和安全限速，以防止誤操作損壞測試針頭，具有動作迅速、準確、適用面廣的優勢。它廣泛應用于半導體IC封裝、LED封裝、光電子器件封裝、PCBA電子組裝、汽車電子、航空航天 等領域，同時也適用于電子分析研究單位的失效分析以及院校的教學和研究。
2）檢測標準
按照GJB548B-2005中方法2011.1進行破壞性鍵合拉力實驗。
3）檢測流程
a、實驗準備
校準推拉力測試機，確保測試數據準確可靠。
準備測試記錄表，用于記錄測試數據和結果。
b、設備配置
根據國際標準或工藝要求，設定測試機參數，如測試速度和最大拉力。
調整夾具，保證金絲正確穩固夾持，測試方向與金絲鍵合方向一致。
c、樣品安裝
將待測軟基板樣品固定在測試機工作臺上，確保樣品平整穩定。
調整夾具使金絲居中，保證測試精確性。
d、實驗操作
啟動測試機，逐漸施加拉力，模擬金絲在實際使用中的受力情況。
觀察金絲在拉力作用下的形變和斷裂現象。
記錄金絲在不同拉力下的形變情況，直至斷裂或脫落。
e、數據記錄與分析
記錄金絲斷裂時的最大拉力值，評估金絲鍵合強度。
記錄金絲斷裂位置，識別金絲鍵合的弱點。
分析數據，確定金絲鍵合的可靠性，并提出改進措施。
以上就是小編介紹的有關于微組裝技術中的金絲鍵合工藝可靠性分析相關內容了，希望可以給大家帶來幫助！如果您還想了解更多關于推拉力測試機怎么使用和校準，推拉力測試儀操作規范，焊接強度測試儀使用方法和鍵合拉力測試儀等問題，歡迎您關注我們，也可以給我們私信和留言，【科準測控】小編將持續為大家分享推拉力測試機在鋰電池電阻、晶圓、硅晶片、IC半導體、BGA元件焊點、ALMP封裝、微電子封裝、LED封裝、TO封裝等領域應用中可能遇到的問題及解決方案。
