半導(dǎo)體封裝鍵合工藝中常見缺陷識別和處理方法南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院李榮茂2012-07-13##############2012-07-13######2#0#12-07-13########，摘要,本文敘述了鍵合工藝的概念、鍵合工藝設(shè)備的改進和其產(chǎn)生的各種缺陷的類別。重點研究了鍵合工藝常見缺陷的類型和其產(chǎn)生的根本原因。通過對各種缺陷類型的識別，探索其產(chǎn)生的根本原因并找出應(yīng)對方法，從而增加其合格率。,關(guān)鍵詞，鍵合工藝缺陷處理方法1.引言FORCE大POWER是比較適宜的;(3)斷點靠我們需要調(diào)節(jié)參數(shù)，小近隨著科技發(fā)展的日新月異，電子芯片的使用越來越滲透到各行各中間，通常問題已經(jīng)不再參數(shù)上了，我們應(yīng)當仔細觀察設(shè)備平臺，是否業(yè)，而封裝技術(shù)也應(yīng)運而生。所謂封裝技術(shù)是一種將集成電路用“”有異物例如一些小的殘留碎片遺留在產(chǎn)品的底部造成損傷，如果確認絕緣是這樣的情況，及時清理平臺殘留碎片即可。的塑料或陶瓷材料打包的技術(shù)。封裝對于芯片來說不但必須也是至關(guān)4.2不規(guī)則焊球Defectiveball重要的，它直接影響到了芯片的質(zhì)量，而WIREBOND作為的一個重要的步驟，其過程中產(chǎn)生的晶體缺陷也是不容忽視的。2.WIREBOND鍵合工藝目前主要的芯片連接技術(shù)有三種，分別為引線鍵合，載帶焊和倒裝焊，其中前者占鍵合工藝的80%以上，在IC制造也中得到廣泛的應(yīng)用。引線鍵合是半導(dǎo)體封裝制程的一站，自晶粒(Die或Chip)各電極上，以金線或鋁線進行各式打線結(jié)合，再牽線至腳架(LeadFrame)的各內(nèi)腳處續(xù)行打線以完成回路，這種兩端打線的工作稱為WireBond。Wirebond圖2不規(guī)則焊球在芯片封裝廠稱為前工序，又叫做金屬線鍵合是將die的PAD飛線連如圖2所示金線打在芯片上的球并非圓形且球與球的大小厚度還接到外部封裝的BALL的工序。不一樣，表示同一粒芯片上的球是不規(guī)則的，一粒芯片大約有百來粒3.鍵合工藝為什么會產(chǎn)生缺陷球，有可能只有一到兩粒是產(chǎn)生這樣異常的，可對質(zhì)量的影響確是大打3.1鍵合工藝產(chǎn)生缺陷的原因折扣。面對這樣的情況我們分析與設(shè)備平臺和參數(shù)是沒有關(guān)系的，通常鍵合工藝作為整個封裝工藝的前道和核心，很多的廢品出自這里，是應(yīng)用軟件出了問題。我們將其正在使用的軟件徹底刪除然后從別的它的影響因素很多，通常來料如果產(chǎn)生問題對鍵合工藝的影響是最大設(shè)備下載我們需要的程序，再將設(shè)備重新啟動這類問題將迎刃而解。這的，最簡單的是因材料沾污而產(chǎn)生的質(zhì)量問題。除此之外還有設(shè)備參數(shù)的影響十分重要。除了人為的軟件和設(shè)備操作失誤以外設(shè)備的問題、前類問題的難點并不是解決問題而是發(fā)現(xiàn)問題，因為它出現(xiàn)異常的概率并不高，并且難以發(fā)現(xiàn)，這需要我們認真觀察高度注意才行。道工序的問題都能產(chǎn)生缺陷。4.3雙次焊接DoubleBOND3.2鍵合工藝主要的工藝參數(shù)介紹3.2.1鍵合溫度鍵合工藝對溫度有較高的控制要求。過高的溫度不僅會產(chǎn)生過多的氧化物影響鍵合質(zhì)量，并且由于熱應(yīng)力應(yīng)變的影響，圖像監(jiān)測精度和器件的可靠性也隨之下降。在實際工藝中，溫控系統(tǒng)都會添加預(yù)熱區(qū)、冷卻區(qū)，提高控制的穩(wěn)定性。鍵合溫度指的是外部提供的溫度，工藝中更注意實際溫度的變化對鍵合質(zhì)量的影響。3.2.2鍵合時間圖3雙次焊接如圖3所示很明顯我們可以看到一粒芯片上進行了兩次運作，通常的鍵合時間都在幾毫秒，并且鍵合點不同，鍵合時間也不一BONDPAD里有兩粒重合的球，在LEAD上也有兩條重合的金線，這些樣。一般來說，鍵合時間越長，引線球吸收的能量越多，鍵合點的直徑就缺陷是沒有辦法彌補的，出現(xiàn)這樣缺陷的原因一般是人為的失誤，將已越大，界面強度增加而頸部強度降低。但是過長的時間，會使鍵合點尺經(jīng)運作好的產(chǎn)品進行了錯誤的再加工才會導(dǎo)致此類情況的發(fā)生。不但寸過大，超出焊盤邊界并且導(dǎo)致空洞生成概率增大，溫度升高會使頸部產(chǎn)品失效也浪費了作為原材料的金線和芯片。我們應(yīng)當提高注意力盡區(qū)域發(fā)生再結(jié)晶，導(dǎo)致頸部強度降低，增大了頸部斷裂的可能。因此合量避免此類情況的發(fā)生。適的鍵合時間顯得尤為重要。3.2.3超聲功率與鍵合壓力4.4焊球骯臟GPNS超聲功率對鍵合質(zhì)量和外觀影響最大，因為它對鍵合球的變形起主導(dǎo)作用。過小的功率會導(dǎo)致過窄、未成形的鍵合或尾絲翹起，過大的功率導(dǎo)致根部斷裂、鍵合塌陷或焊盤破裂。超聲功率和鍵合力是相互關(guān)聯(lián)的參數(shù)。增大超聲功率通常需要增大鍵合力使超聲能量通過鍵合工具更多的傳遞到鍵合點處，但過大的鍵合力會阻礙鍵合工具的運動，抑制超聲能量的傳導(dǎo)，導(dǎo)致污染物和氧化物被推到了鍵合區(qū)域的中心，形成中心未鍵合區(qū)域。4.常見缺陷的識別圖4焊球骯臟4.1金線斷裂BROKENWIREGPNS是一種現(xiàn)象，是說我們在PAD本應(yīng)該打上金球的位置卻沒有打上，出現(xiàn)了金球的印記或是即使打上了金球也已經(jīng)變形，與正常的金球明顯不一樣?，F(xiàn)象雖然簡單明了但是其產(chǎn)生的原因卻是有很多可能性，需要我們一一仔細觀察和排除。首先分析是設(shè)備原因還是原材料原因。通常我們會用至少兩架以上的設(shè)備加工同一樣產(chǎn)品，這樣如果有兩架或兩架以上的設(shè)備都出現(xiàn)了這個問題，我們基本上肯定是材料出了問題。這樣我們通過調(diào)節(jié)設(shè)備的參數(shù)，給設(shè)備最大的FORCE和產(chǎn)品POW，ER卻只有一架，盡量提高產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)這樣的情況那么品的合格率。反之，若是好幾架是設(shè)備本身的原因的可能設(shè)備同時加工一批圖1金線斷裂如圖1所示打在芯片上的一些金線呈不自然的彎曲和斷裂，這時性就很高了。我們需要對設(shè)備進行檢查，它的SCREW是否松動了，若是2012-07-13##############2012-07-13######2#0#12-07-13########皮爾遜相關(guān)也稱為積差相關(guān)（或積矩相關(guān)），是英國統(tǒng)計學(xué)家皮爾值圖像中的子圖像的序列數(shù)（分割情況），縱坐標表示為子圖像的相關(guān)遜于20世紀提出的一種計算直線相關(guān)的方法。Pearson相關(guān)系數(shù)用來系數(shù)。從圖4中可以看出，子圖像分割的越多，子圖像越小，其子圖像序衡量兩個數(shù)據(jù)集合是否在一條線上面，考察兩個變量之間的相關(guān)程度。列數(shù)越大，子圖像間的相關(guān)系數(shù)越明顯，圖像間的差異越明顯。假設(shè)有兩個變量X、Y，那么兩變量間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)可通過以下公式計算，N(x-x)(y-y)￡iii=1P=N22(x-x)(y-^ii姨i=1y)兩幅二值圖像的相對應(yīng)的子圖像的相關(guān)系數(shù)，r:求解公式為ir=P(g,g)i12相關(guān)系數(shù)的絕對值越大，相關(guān)性越強，相關(guān)系數(shù)越接近于0，相關(guān)性越弱。4.2檢測實驗實驗過程是先將待檢測對象在工作臺上進行機械定位，通過一束弱光照射在待檢測對象上，待檢測對象表面的紋理圖清晰突顯出來，通過CCD攝像頭采集圖像傳輸給計算機，最后進行MATLAB圖像處理，提取待檢測圖像與標準圖像的特征輪廓然后采用特征輪廓對比的方式進行差異檢測，確定其相關(guān)性。如圖3所示，為待檢測圖像與標準圖像的灰度圖像。圖4子圖像的相關(guān)系數(shù)5.結(jié)束語本文通過對待測圖像和標準圖像進行圖像灰度處理、圖像邊緣檢測加強圖像的特征輪廓，并通過對圖像進行分割產(chǎn)生子圖像序列，對圖圖3灰度圖像像進行細化，求子圖像間的相關(guān)系數(shù)，由相關(guān)系數(shù)的大小來確定待測圖對如圖3中，待測圖像與標準圖像的兩幅灰度圖像進行求整體的像和標準圖像的相關(guān)性，并成功應(yīng)用于實際圖像檢測中，實現(xiàn)了快速確相關(guān)系數(shù)為0.9885，相關(guān)性很強，說明兩幅圖像的總體相似性很大，但定待測圖像輪廓是否存在明顯差異。對圖像局部是否存在差異表示不明顯。故在本實驗分析中對兩幅圖像進行圖像分割，產(chǎn)生子圖像，再對對參考文獻應(yīng)的子圖像求解子圖像間的相關(guān)系數(shù)，這時能夠明確看出不同區(qū)域的1,錢峰.基于相關(guān)系數(shù)的光流計算方法研究,J,.機電一體化,2006,子圖像間存在著很大差異，從相關(guān)系數(shù)圖4中可以清楚的看出存在差年第6期異的位置，及其相關(guān)系數(shù)的大小。同時，子圖像的分割情況也對相關(guān)系，2,胡濤.基于輪廓特征的圖像配準,J,.光電工程,2009年第11期數(shù)產(chǎn)生較大的影響。因而在實驗圖像數(shù)據(jù)處理時對圖像進行不同程度，3,于萬波.基于MATLAB的圖像處理,M,.清華大學(xué)出版社，2008的分割。，4,胡學(xué)容.數(shù)字圖像處理,M,.電子工業(yè)出版社，2006圖4為r1、r2和r3的試驗數(shù)據(jù)分布圖，圖中的數(shù)據(jù)反映了不同試（上接第156頁）EFO的角度是否正確，我們的CAP和TORCH需要樣問題的芯片拿到高倍顯微鏡底下進行仔細的觀察，從是否有明顯的垂直成90度的角，若是歪了將影響打火的準頭。必要的話只能對骯臟和膠水這樣的異物黏在芯片上，和芯片的顏色是否泛黃甚至是泛TORCH進行更換。通過這一系列的排除、調(diào)試相信問題都能得到解決。紅，若是還是無法確定可將加工過的確定沒有問題的芯片和出現(xiàn)問題4.5焊球錯位MISPLACEBALL的芯片進行直接的對比。若是材料的問題我們只能通過調(diào)節(jié)設(shè)備參數(shù)加大它的壓力和球的尺寸來改善合格率。若是設(shè)備的問題則極有可能是打火的瓷嘴發(fā)生了磨損，我們重新?lián)Q過即可。需要注意的是當調(diào)過這些參數(shù)以后我們需要對產(chǎn)品進行多一次的測試，避免因為參數(shù)的調(diào)試產(chǎn)生其它諸如金線高度太矮的問題。圖5焊球錯位如圖5所示這個缺陷也是很嚴重并且無法返工。是說金球的位置發(fā)生了偏移，已經(jīng)不在我們可以接受的范圍內(nèi)了。根據(jù)要求金球的最佳位置是在如圖白色四方格的正中間，我們把白色四方格叫做BONDPAD在.BONGPAD的正中間是最好的，但是若發(fā)生一點點的偏離也是圖6焊球不連總之，在鍵合工藝中針對不同的芯片將鍵合工藝參數(shù)數(shù)據(jù)設(shè)置到可以接受的，但是只要出了BONDPAD就不行，哪怕只有一點點，因為在BONDPAD的外圍其實還有一些金屬，我們將金球打在了外圍的金最合適的數(shù)值，可以減少芯片的鍵合缺陷增加芯片的合格率，為節(jié)約芯屬上其實已經(jīng)影響到了芯片的導(dǎo)電性能了。出現(xiàn)這樣的問題排除人為片的成本和提高合格率有著重要的實際意義。的調(diào)節(jié)失誤以外也有可能是它的軟件出現(xiàn)了異常。我們要把原先的軟件進行徹底的刪除并DOWNLOAD進正確的軟件程序再對設(shè)備進行重參考文獻1,王中雙.鍵合圖理論及其在系統(tǒng)動力學(xué)中的應(yīng)用.哈爾濱工程,新啟動即可。大4.6焊球不連NONSTCKNGBALL-II學(xué)出版社,2001.如圖6所示，這種現(xiàn)象是指球打在了BONDPAD的區(qū)域里可是卻，2,陳力俊.微電子材料與制程.復(fù)旦大學(xué)出版社,2005.沒有金線將球拉到STICH上。因此我們可以在屏幕上BONDPAD的區(qū)，3,施敏.半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ).安徽大學(xué)出版社,2007.域里看到球的印記。出現(xiàn)這樣的情況也有兩種可能性，材料的問題抑或，4,曠仁雄，謝飛.25mAu絲引線