Egy integrált áramköri (IC) chip hatékonysága és megbízhatósága a különféle alkalmazásokban nagymértékben függ a vezetékes kötések minőségétől. A robusztus és megbízható vezetékes kötések elengedhetetlenek az IC chip zökkenőmentes teljesítményének és hosszú távú funkcionalitásának biztosításához. Ezzel szemben a rossz és inkonzisztens vezetékes kötések káros hatással lehetnek az eszköz megbízhatóságára és üzemképességére, ami működési hibákhoz és meghibásodásokhoz vezethet.
A vezetékes kötés minőségét meghatározó tényezők megértése kulcsfontosságú az IC-chipek általános megbízhatóságának biztosításához. A vezetékes kötés minősége szorosan összefügg a kötőhuzal és a kötési pont, valamint a kötőhuzal és az ólomujj közötti interfészek erősségével és integritásával. Ezek az összekapcsolódások kritikus szerepet játszanak az IC-chipen belüli szerkezeti és elektromos integritás fenntartásában. Ezen interfészek bármilyen gyengesége vagy inkonzisztenciája veszélyeztetheti az eszköz teljesítményét és megbízhatóságát, ami kiemeli a kiváló minőségű vezetékes kötések fenntartásának fontosságát.
A vezetékes összeköttetések minőségének értékelése és biztosítása érdekében átfogó vizsgálati módszereket és eljárásokat dolgoztak ki. Ezek a módszerek kritikus eszközökként szolgálnak a vezetékes összeköttetések megbízhatóságának értékeléséhez és validálásához, végső soron hozzájárulva az IC-chipek általános teljesítményéhez és megbízhatóságához.
A vezetékes kötések összekapcsolásának értékelésére szolgáló egyik bevett vizsgálati módszer a kötéshúzó teszt. Ez a teszt magában foglalja a kötéshuzal szabályozott erőhatásnak való kitételét, hogy megmérjék a tapadási szilárdságát és kiértékeljék a mechanikai igénybevétellel szembeni ellenállását. A kötéshúzó tesztek elvégzésével a gyártók és a mérnökök értékes betekintést nyerhetnek a vezetékes kötések összekapcsolásának megbízhatóságába és tartósságába, azonosítva az esetleges gyengeségeket vagy hibákat, amelyek veszélyeztethetik az IC-chip működését.
Hasonlóképpen, a kötés-nyírási vizsgálat egy másik alapvető módszer, amelyet a huzalkötések minőségének értékelésére használnak. E vizsgálat során nyíróerőt alkalmaznak a kötéshuzalra, hogy teszteljék az oldalirányú feszültséggel szembeni ellenállását. A kötés-nyírási vizsgálatok eredményei segítenek a huzalkötések stabilitásának és robusztusságának értékelésében, biztosítva, hogy azok ellenálljanak a működés során fellépő mechanikai igénybevételeknek.
A mechanikai vizsgálatok mellett a vizuális ellenőrzés továbbra is kulcsfontosságú eleme a vezetékkötések minőségének értékelésének. A vizuális ellenőrzések lehetővé teszik a vezetékkötések összekapcsolódásainak látható hibáinak vagy szabálytalanságainak, például a kötéshurkok, a megemelkedett kötések vagy a nem megfelelő kötési geometriák észlelését. Ezen rendellenességek azonosítása és kezelése a vizuális ellenőrzések során elengedhetetlen a vezetékkötések összekapcsolásának magas minőségi szabványainak fenntartásához és az IC-chipek megbízhatóságának megőrzéséhez.
Továbbá a speciális vizsgálati eljárások kulcsszerepet játszanak a vezetékes kötések minőségének értékelésében, a megbízhatóságukkal és teljesítményükkel kapcsolatos specifikus szempontokat vizsgálva változó körülmények között. Ezek a speciális vizsgálatok magukban foglalhatnak olyan fejlett technikákat, mint az ultrahangos kötésvizsgálat, a hőciklus-vizsgálatok vagy a vezetékes kötés kráterképződésének elemzése, amelyek mélyreható elemzést nyújtanak a vezetékes kötések összekapcsolásáról és azok környezeti és üzemeltetési kihívásokkal szembeni ellenálló képességéről.
Ezért a vezetékes kötések fontosságát az IC-chipek megbízhatóságának és teljesítményének meghatározásában nem lehet alábecsülni. A bevált vizsgálati módszerek, mint például a kötéshúzó vizsgálatok, a kötésnyíró vizsgálatok és a vizuális ellenőrzések, valamint a speciális vizsgálati eljárások alkalmazása hangsúlyozza az elkötelezettséget a vezetékes kötések kiváló minőségének és következetes jellegének biztosítása iránt. A vezetékes kötések megbízhatóságának szigorú értékelésével és validálásával a gyártók és a mérnökök bizalmat ébreszthetnek az IC-chipek általános megbízhatóságába és teljesítményébe a legkülönfélébb alkalmazásokban, végső soron hozzájárulva az elektronikus technológia fejlődéséhez.
A kötéshúzási teszt
A kötéshúzó vizsgálatot széles körben alkalmazzák a huzalkötések minőségének felmérésére és szabályozására. A huzalkötési folyamat szabályozására és optimalizálására is használják az összeszerelés során. A vizsgálat során egy horgot helyeznek a huzal alá, és normál felfelé irányuló erőt alkalmaznak, amíg a huzal el nem szakad, ahogy az az 1. ábrán látható.
1. ábra. Húzópróba kötés esetén
Ha a kötéshúzó vizsgálat során golyóscsapágy- vagy hegesztési varrathiba lép fel, még nagyon magas húzóerő értékek esetén is, az elfogadhatatlannak tekinthető, és gyenge kötésminőségre utal. Ilyen esetekben a tapadásmentesség okának alapos elemzése szükséges, és megfelelő korrekciós intézkedéseket kell tenni. A 2. ábra a golyóscsapágy- és hegesztési varrathibákra mutat példákat.
2. ábra. Golyós emelés és ék (hegesztett) emelés meghibásodása
Hibamódok és értelmezésük húzótesztekben
Az aranygolyós kötéshúzóvizsgálat különböző típusú meghibásodásokat mutathat, beleértve a golyó kiemelését (A típus), a golyónyak törését (B típus), a fesztávolság közepének törését (C típus), a sarok törését (D típus) és a hegesztési varrat kiemelését (E típus), amint az a 3. ábrán látható. Bizonyos esetekben meghibásodások más csatlakozási felületeken is előfordulhatnak, például a kötéspárna fémbevonatának felemelésekor, a kötéspárna alatti kiegyenlítéseknél és az ólomujjas fémbevonat leválásakor. Nézzük meg részletesen ezt az öt meghibásodási módot.
Labdaemelés hiba
A golyófelemelkedés meghibásodása a golyó és a kötőpárna közötti nagyon gyenge csatlakozási felületet jelzi. Ez a fajta meghibásodás vagy a kötésképződés hiányát, vagy a kötés gyengülését jelzi. Különböző tényezők járulhatnak hozzá a golyófelemelkedéshez, beleértve a rossz kötőanyag-beállítást és a kötőpárna felületének szennyeződését. A nem megfelelő beállítás, amelyet a nem megfelelő paraméterbeállítások, az instabil munkadarab-befogók és az elkopott szerszámok jellemeznek, gyenge kezdeti hegesztéshez és a kötőpárna és a golyó közötti elégtelen intermetallikus képződéshez vezethet.
Gömbnyak-hiba
A kötéshúzó vizsgálatok során megfigyelt leggyakoribb meghibásodási mód a huzal gömbnyak feletti része, amint az a 4. ábrán látható. A nyak törése a huzal gömbkötésről való leválását jelenti a nyakban keletkező törések miatt, amely a huzal és a gömbkötés találkozási pontja. Ez a típusú meghibásodás gyakran a rossz huzalkötési beállításnak tulajdonítható, például a nem megfelelő kötési paramétereknek, a nem megfelelő nyakmozgási beállításoknak, valamint az elhasználódott vagy szennyezett szerszámoknak. A helytelen kötési paraméterek a kötés túlzott deformációját eredményezhetik, ami vékony, gyenge vagy repedt nyakat eredményez, amely hajlamos a törésre. A repedés terjedését a kopott és szennyezett szerszámok által okozott huzalhibák is kiválthatják.
4. ábra. A nyaktörést, a középfesztávolság-törést és a saroktörést mutatja.
Huzalszakadás a fesztávolság közepén
A kötőhuzal középen történő szakadási sérülése, amint az a 4. ábrán látható, azt jelzi, hogy a huzal képlékeny alakváltozás és képlékeny törés miatt szakadt meg, szemben a sarok vagy a gömbnyak rideg törésével. Általában ez a fajta szakadás eredményezi a legnagyobb kötési húzóerőt, amely szorosan megközelíti a huzal végső szakítószilárdságát (UTS).
Saroktörés
A saroktörés a drót ék- vagy félhold alakú kötéséről való elszakadását jelenti a sarokban keletkező törés miatt, amely a drót azon része, ahol a kötésbe elvékonyodik. A kötéshúzó vizsgálatok során a saroktörés, amint az a 4. ábrán látható, általában a sarok területének károsodását jelzi. A nem megfelelő csontfej-mozgások és az alacsony hurokbeállítások túlzott feszültségnek tehetik ki a drótokat, hátrahúzva őket a kötésektől, ami jelentős sarokrepedésekhez vezethet, amelyek töréshez vezethetnek. A saroknál lévő mikrorepedés a saroktörés egyik fő oka, és a kötés során keletkezhet. A kötési paraméterek miatti nagy kötési erő és túlzott ultrahangos energia, valamint a sérült, eltömődött vagy túlzottan használt kapilláris a mikrorepedések lehetséges okai.
Hegesztő emelő
A hegesztési varrat leválását az ék alakú kötés leválását jelenti a kötési pontról vagy a kötési pontról, illetve a félhold alakú kötés leválását az ólomkeret kötőujjáról, ahogy az az 5. ábrán látható. A kötéshúzó vizsgálatok során a hegesztési varrat leválása a nem megfelelő folyamatoptimalizálás jele. A golyós leváláshoz hasonlóan a hegesztési varrat leválása, még nagyon magas kötéshúzó értékek esetén is, rossz minőségre utal, és nem szabad elfogadni. A hegesztési varrat leválásának okai lehetnek az alacsony kötési paraméterek, az ólomkeret szennyeződése, a kemény fémbevonat vagy a kapilláris és az ólomujj közötti nem megfelelő ultrahangos csatolás, esetleg az ólomkeret törékenysége vagy a kötés során a nem megfelelő rögzítés miatt.
5. ábra. Hegesztési varrat emelése
Golyóskötésű nyíróteszt
A roncsolásos huzalkötés-húzópróba korlátozottan képes átfogó információt nyújtani a kezdeti kötés szilárdságáról és általános minőségéről. Bár egy egyszerű huzalkötés-húzópróba nem ragadja meg teljes mértékben a golyós kötés jellemzőit, a kiváló minőségű golyós kötések akár tízszeresét is kibírják a huzalkötés roncsolásától függő erőnek, míg az alacsony minőségű kötések szétválasztásához még mindig nagyobb erőre van szükség, mint egy huzalhúzópróba során. Így a húzópróba nem hatékony a golyós kötések valódi szilárdságának meghatározásában. Ennek eredményeként egy kiegészítő huzalkötés-vizsgálati módszertan, az úgynevezett golyós kötés-nyírópróba kidolgozása vált szükségessé.
A golyós nyírástesztet az aranygolyó és a kötési felület közötti határfelület integritásának értékelésére használják az aranygolyó kötési folyamat során. Ez a roncsolásos vizsgálat adatokat szolgáltat az intermetallikus képződésről és a kötésfedettségről, amelyet grammerőben mérnek a golyóképződés területén.
A teszt leírása
A vizsgálat során egy nyírószerszámot használnak, amely a vizsgálat során elegendő erőt fejt ki a golyós kötésre. A szerszám megfelelő elhelyezése kulcsfontosságú a nyírásvizsgálat során, a nyíródugattyút stratégiailag a kötésfelület felett és a golyó középpontjának közelében kell elhelyezni. A nyírószerszám ezután párhuzamosan mozog a ragasztott felülettel, elnyírva a golyós kötést. A 6. ábra a nyírószerszám elhelyezésének vizuális ábrázolását mutatja.
A szerszám nem megfelelő elhelyezése gyakori probléma a nyírásvizsgálat során. A nyíróhenger pozicionálásának a golyós nyírásvizsgálat során meg kell felelnie a golyós nyírásvizsgálat specifikációjában meghatározott kritériumoknak. Normálisan deformált golyó esetén a szerszámnak 2,5-től az aljzat fölé kell kerülnie, nagy, magas golyók esetén pedig nem szabad ennél magasabbra helyezni, mivel ez a szerszám aljzaton való súrlódását okozhatja. A 7. ábra a nyíróhenger lépésenkénti mozgását és a golyós kötés meghibásodási módjait szemlélteti.
6. ábra. Golyós nyíróvizsgálat
A golyós nyírási vizsgálat során megfigyelt meghibásodási módok közé tartozik a golyófelemelkedés/részleges fémbevonat-leválódás, a golyós nyírás (hegesztési határfelület leválása), a kötési párna felemelkedése (alapanyag fémbevonatának eltávolítása) és a kráteresedés. Ezen meghibásodási módok mindegyikét részletesebben tárgyaljuk.
1. Golyós emelés/részleges fémezés emelés
A golyó felemelkedését a kötési pont határfelületének elválásaként definiáljuk, miközben kevés vagy semmilyen intermetallikus képződés nem marad jelen. A 7(a) ábra az Al fémbevonat egy részét szemlélteti, amelyet a golyóval együtt nyírnak, részleges fémbevonatot hagyva a kötési ponton a nyírási vizsgálat során.
2. Golyós nyírás (hegesztési határfelület szétválása) A golyós nyírási vizsgálat során, ha kifejezett intermetallikus képződés van jelen, a nyomórúd elnyírhatja az egész golyót, aranyat vagy intermetallikus bevonatot hagyva a kötésfelületen, ahogy az a 7(b) ábrán látható.
3. Kötőpárna felemelkedése (hordozó fémbevonatának eltávolítása) A nyíróvizsgálat során fellépő másik meghibásodási mód a kötőpárna felemelkedése, ahol megfigyelhető a kötőpárna és az alatta lévő hordozó közötti elválás. Az alumínium fémbevonat leválik, és fedetlenné válik. Ez az alumínium fémbevonat nem megfelelő tapadása miatt fordulhat elő. Ebben a meghibásodási módban a golyós kötés és a golyóhoz rögzített maradék párna közötti határfelület sértetlen marad, amint az a 7(c) ábrán látható.
4. Kráteresedés A kráteresedés egy általános kifejezés, amely a kötési hiba egy formáját írja le, amely a kötési felület vagy az alatta lévő anyag mechanikai sérüléséből ered. Ez a típusú hiba a huzalkötés alsó oldalán jelentkezik kötéshúzó- vagy nyíróvizsgálat során, jellemzően a kötés során a kötési felület alatt keletkező repedések eredményeként. A 7(d) ábra a kráteresedési hatást mutatja a golyós nyíróvizsgálat során.
7. ábra. Nyíróvizsgálati tönkremeneteli módok (a) Golyós felemelkedés (b) Golyós nyírás (c) Kötőfólia felemelkedés (d) Kráteresedés
A kötés minőségének vizuális ellenőrzése
A vezetékkötések ellenőrzését hagyományosan vizuálisan végezték, mivel az emberi hibák azonosítására való képesség felülmúlta a rendelkezésre álló gépek képességeit. Ezt a módszert alkalmazzák mind a gömb-, mind az ékkötések megfelelő kialakulásának biztosítására. Az olyan problémák vizuális jelzései, mint a repedt sarkok, az ékszakadás, a rosszul elhelyezett vezetékek, az egyenetlen vezetékelhelyezés, az aranygolyónál tapasztalható „golfütőszerű” mozgás, a túlzott nyak lejtése és egyéb problémák, azt jelzik, hogy a vezetékkötési folyamat nincs kontroll alatt. A vizuális ellenőrzés azt is ellenőrzi, hogy a kötések megfelelően helyezkednek-e el a kivezető keret/hordozó kötési pontjaihoz és ujjaihoz képest. Ezenkívül a vizuális ellenőrzés kiszűri a potenciális kötési hibákat, amelyek szakadást vagy rövidzárlatot okozhatnak, a vezetékek hézagához és az egyes kötések egymáshoz való közelségéhez kapcsolódó specifikus kritériumok alapján.
Amint azt korábban említettük, a kötési interfészek minőségének felmérésére kötéshúzó és kötésnyíró vizsgálatokat alkalmaznak mind a chipen, mind a vezető ujjon. Számos más meghibásodási mód is létezik azonban, amelyeket csak vizuális vizsgálattal lehet azonosítani, például deformált kötések, vezetékkötések és mérőfejnyomok. Ennek eredményeként a vizuális ellenőrzés kritikus fontosságú a mai vezetékkötési folyamatokban. A kötésminőség ellenőrzése magában foglalja mind a „kötés előtti ellenőrzést”, mind a „kötés utáni ellenőrzést”. A kötés előtti ellenőrzés elengedhetetlen a folyamat következetességének és megbízhatóságának biztosításához, míg a kötés utáni ellenőrzés a csomagolás megbízhatóságának megőrzéséhez szükséges.
Ragasztás előtti ellenőrzés
Az integrált áramkörök gyártásának utolsó szakaszában kulcsfontosságú az integrált áramköri szeletek elektromos vizsgálata során keletkező kötési pontokon lévő mérőpontok vizsgálata. Ez a kötés előtti vizsgálat célja a potenciális problémás területek azonosítása, például a pont határán túlnyúló mérőpontok, a túlzottan nagy jelek vagy az elektromos vizsgálat során keletkezett karcolások. Különböző paraméterek, többek között a pont méretének, a középpont helyének, a jelölés méretének és a lefedettségi százaléknak, valamint a legnagyobb jelölés méretének és helyének értékelése megkönnyíti a kötési pontok vizsgálatát ezen hibák számszerűsítése érdekében.
A kötési területen további problémák, amelyek befolyásolhatják a kötés minőségét, a kötési pontok elszíneződése a korrózió miatt, valamint a fotoreziszt maradványok jelenléte. A vizuális ellenőrzés elengedhetetlen ezen problémák azonosításához és kezeléséhez. A fotoreziszt maradványai normál fényviszonyok mellett nem láthatók, de polarizált UV-megvilágítással mikroszkóp alatt lehetővé válik a passziválás és a fotoreziszt maradványokkal kapcsolatos problémák azonosítása.
Ragasztás utáni ellenőrzés
A ragasztási folyamatot követően számos probléma merülhet fel, amelyek csak vizuális ellenőrzéssel azonosíthatók. A ragasztás utáni ellenőrzés magában foglalja a kötésminőségi problémák azonosítását, mint például a törött kötések, a vékony kötések, a rosszul elhelyezett és deformált kötések, valamint a vezeték állapotának, beleértve a hurok magasságát is. A vizuális ellenőrzés manuálisan, egy kezelő segítségével, vagy automatikus vizuális ellenőrző rendszerekkel is elvégezhető.
Speciális minőségi tesztek
Az iparág számos módszert alkalmaz a kötések minőségének értékelésére. A leggyakrabban alkalmazott technikák közé tartozik a vizuális ellenőrzés, a kötéshúzó vizsgálat, a kötésnyíró vizsgálat, a kötésmaratás, az elektromos vizsgálat, a sütőteszt, a hőciklus/hősokk vizsgálat, az elektromágneses rezonancia és a felületelemzés. Míg ezek közül a vizsgálatok közül néhány alkalmas a termelési folyamatok ellenőrzésére, másokat kifejezetten laboratóriumi használatra terveztek a huzalkötési technológia értékelése és fejlesztése során.
Kötvények maratása
A kötés utáni kötéspontok alatti rétegek értékelése kötésmaratással történik. Ez a módszer magában foglalja a golyó (huzal) és a kötéspont fémbevonatának eltávolítását az alatta lévő anyagok hibáinak vizsgálatához. A nedves maratás nemcsak a berendezés paramétereiből eredő felszín alatti károk észlelésére szolgál, hanem a kötési paraméterek optimalizálására is. Általában kémiai oldatokat, például NaOH-t vagy KOH-t alkalmaznak az összekötő anyag eltávolítására és az alatta lévő szerkezet feltárására. Például a kötéspont alatti kráterek vizsgálatakor a kötéspont fémbevonatát kálium-hidroxid (KOH) oldattal távolítják el.
Elektromos értékelés
A kötés minőségét elektromos vizsgálattal ellenőrzik. A nem megfelelően tapadó kötés elektromos szakadást okoz, míg két szomszédos kötés érintkezése elektromos rövidzárlatot eredményez. Speciális technikákat, például a "négypontos szondás vizsgálatot" alkalmaznak az Au golyó-Al kötési felület elektromos ellenállásának mérésére. Az ellenállás az intermetallikus vegyület növekedésével növekszik, és a szakadás a felületen lévő kiterjedt hézagképződést jelzi.
Termikus tesztelés
A sütési teszt számszerűsíti az arany és az alumínium (Au/Al) közötti fémek közötti vegyületek képződését. Az alumíniumatomok túlzott diffúziója az aranyba Kirkendall-hézagképződést okozhat az Au/Al határfelületen, ami kötésfelszakadáshoz vezethet. A kötött eszközöket magas hőmérsékletnek (175°, 240° vagy 300°) különböző időtartamokon át történő alkalmazásával fel lehet mérni a kötés hosszú távú megbízhatóságát.
Felületi elemzés
A felületi elemzési technikákat, mint például az energiadiszperzív röntgenanalízist (EDX), a hullámhossz-diszperzív röntgenanalízist (WDX), a fúrómikroszkópos vizsgálatot és a pásztázó elektronmikroszkópos vizsgálatot (SEM), hibaelemző eszközként alkalmazzák a szennyeződések kimutatására, az intermetallikus vegyületek képződésének mértékének meghatározására és a kötési szabálytalanságok azonosítására.
Kapcsolat
Termékeinkkel vagy megoldásainkkal kapcsolatos bármilyen kérdés esetén kérjük, bízza ránk a kérdését, és 24 órán belül válaszolunk.
Kulcsszavak
Ékkötő szerszámÉkszerszám
Ragasztóék
Au huzalkötés
Konkáv ék eszköz
Ékkötő gépek
Huzalkötő szerszámokRagasztóberendezés-beszállítókFinom osztású ragasztószerszámokWedge BonderHuzalkötési berendezésekFélvezető-kötési szerszámokPrecíziós kötésszerszámokNagy teljesítményű huzalkötő szerszámokFélvezetőipari szerszámokRagasztószerszám gyártóTestreszabható vezetékkötési megoldásokMinőségi ékragasztó berendezések