金絲球焊工藝在電子器件封裝中扮演著至關(guān)重要的角色，其質(zhì)量直接關(guān)系到連接點(diǎn)的可靠性和整體性能。為了深入研究金絲球焊鍵合過程中的影響因素，本研究通過采用單因素試驗(yàn)方法系統(tǒng)地探究了超聲功率、超聲時(shí)間、超聲壓力和加熱臺(tái)溫度對(duì)鍵合強(qiáng)度的影響。通過詳盡分析各個(gè)參數(shù)對(duì)金絲鍵合強(qiáng)度的影響規(guī)律，為手動(dòng)球焊控制參數(shù)提供了科學(xué)的參考范圍。
在研究的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步采用正交試驗(yàn)方法對(duì)產(chǎn)品鍵合工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，通過優(yōu)化鍵合參數(shù)組合，取得了顯著的實(shí)驗(yàn)效果。這一過程不僅為金絲鍵合工藝提供了新的優(yōu)化思路，而且通過試驗(yàn)驗(yàn)證，為金絲球焊連接點(diǎn)的質(zhì)量提升提供了可靠的實(shí)踐指導(dǎo)。
綜上所述，本文科準(zhǔn)測控小編將介紹，如何利用單因素試驗(yàn)方法和正交試驗(yàn)手段對(duì)金絲球焊工藝參數(shù)影響性分析和優(yōu)化驗(yàn)證，為金絲球焊工藝的優(yōu)化和實(shí)際生產(chǎn)提供了有益的指導(dǎo)和參考，具有一定的理論和實(shí)用價(jià)值。
一、測試原理
金絲球焊工藝參數(shù)的影響性分析以及優(yōu)化驗(yàn)證原理的綜合研究是為了深刻理解超聲功率、時(shí)間、壓力和溫度等主要參數(shù)對(duì)鍵合強(qiáng)度的影響規(guī)律。通過系統(tǒng)實(shí)施單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，以及依據(jù)《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》標(biāo)準(zhǔn)的金絲拉力測試方法，從而驗(yàn)證并優(yōu)化金絲球焊工藝參數(shù)的組合。這一綜合性的研究旨在為生產(chǎn)過程提供科學(xué)的指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)金絲球焊連接點(diǎn)鍵合強(qiáng)度的優(yōu)化，從而提升整體工藝性能和產(chǎn)品可靠性。
二、測試儀器
1、深腔球焊機(jī)
2、推拉力測試機(jī)
三、金絲球焊工藝參數(shù)影響性分析
（一）試驗(yàn)方法
1、單因素試驗(yàn)法
2、測試標(biāo)準(zhǔn)
通過調(diào)整單一因素變量的方法進(jìn)行試驗(yàn)，依據(jù)《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》標(biāo)準(zhǔn) GJB 548C—2021 中的方法 2011.1，采用了25μm的金絲拉力測試方法進(jìn)行鍵合強(qiáng)度的測定。
3、試驗(yàn)內(nèi)容
試驗(yàn)選用了與特定產(chǎn)品相同技術(shù)狀態(tài)的材料，并將金絲球焊工藝的關(guān)鍵參數(shù)，包括超聲功率、時(shí)間、壓力和溫度，作為研究試驗(yàn)的控制對(duì)象。在試驗(yàn)過程中，通過分析不同因素對(duì)鍵合強(qiáng)度的影響規(guī)律，我們能夠全面了解金絲球焊工藝在超聲功率、時(shí)間、壓力和溫度等方面的變化如何影響鍵合強(qiáng)度。
a、超聲功率對(duì)破壞性鍵合拉力測試值的影響
1）試驗(yàn)過程
試驗(yàn)時(shí)保持超聲時(shí)間３０ｍｓ、鍵合壓力４０ｇｆ、熱臺(tái)溫度１５０℃不變，超聲功率步進(jìn)值由１００增加至９９９，對(duì)破壞性鍵合拉力測試值進(jìn)行單因素變量研究。每組參數(shù)取５根金絲測試破壞性鍵合拉力值的均值，所得見表１，對(duì)應(yīng)的折線圖如圖３所示。
2）結(jié)論
試驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)超聲功率步進(jìn)值小于200時(shí)，可能導(dǎo)致鍵合不良或脫鍵；在200-500步進(jìn)值范圍內(nèi)，鍵合強(qiáng)度拉力測試值均大于12gｆ，形貌規(guī)則；然而，隨著超聲功率的增加，拉力測試值呈下降趨勢，同時(shí)鍵合點(diǎn)根部受損的跡象逐漸增大。
b、超聲時(shí)間對(duì)破壞性鍵合拉力測試值的影響
1)試驗(yàn)過程
試驗(yàn)時(shí)保持超聲功率步進(jìn)值３００、鍵合壓力４０ｇｆ、熱臺(tái)溫度１５０℃不變，超聲時(shí)間由１０ｍｓ增加至３００ｍｓ，對(duì)破壞性鍵合拉力測試值進(jìn)行單因素變量研究。每組參數(shù)取５根金絲測試破壞性鍵合拉力值的均值，對(duì)應(yīng)的折線圖如圖所示。
2）結(jié)論
在試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析中，發(fā)現(xiàn)超聲時(shí)間參數(shù)小于10ms時(shí)可能導(dǎo)致無法鍵合或容易脫鍵；在30-70ms范圍內(nèi)，鍵合強(qiáng)度相對(duì)穩(wěn)定，鍵合點(diǎn)形貌規(guī)則；但隨著超聲時(shí)間的增加，拉力測試值下降趨勢明顯。試驗(yàn)表明超聲時(shí)間的增加要求手動(dòng)球焊設(shè)備和操作員協(xié)調(diào)性更高，對(duì)手部動(dòng)作的穩(wěn)定性要求更高，直接影響球焊鍵合點(diǎn)形狀和拉力測試結(jié)果。
c、鍵合壓力對(duì)破壞性鍵合拉力測試值的影響
1）試驗(yàn)過程
試驗(yàn)時(shí)保持超聲功率步進(jìn)值３００、超聲時(shí)間３０ｍｓ、熱臺(tái)溫度１５０℃不變，鍵合壓力由１０ｇｆ增加至６５ｇｆ，對(duì)破壞性鍵合拉力測試值進(jìn)行單因素變量研究。每組參數(shù)取５根金絲測試破壞性鍵合拉力值的均值，所得見表３，對(duì)應(yīng)的折線圖如圖５所示。
2）結(jié)論
通過試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析得知：在鍵合壓力小于10gｆ時(shí)，可能導(dǎo)致鍵合不良或容易脫鍵；而在20-40gｆ范圍內(nèi)，鍵合點(diǎn)形貌和拉力測試值都滿足要求；然而，隨著鍵合壓力的進(jìn)一步增大，拉力測試值呈下降趨勢，同時(shí)鍵合點(diǎn)的變形和根部受損的跡象也逐步增大。
d、熱臺(tái)溫度對(duì)破壞性鍵合拉力測試值的影響
1)試驗(yàn)過程
試驗(yàn)時(shí)保持超聲功率步進(jìn)值３００、超聲時(shí)間３０ｍｓ、鍵合壓力４０ｇｆ不變，熱臺(tái)溫度由常溫２０℃增加至１５０℃，對(duì)破壞性鍵合拉力測試值進(jìn)行單因素變量研究。每組參數(shù)取５根金絲測試破壞性鍵合拉力值的均值，對(duì)應(yīng)的折線圖如圖所示。
2）結(jié)論
通過試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析得知：當(dāng)熱臺(tái)溫度小于80℃時(shí)，破壞性鍵合拉力相對(duì)較小。提高熱臺(tái)溫度會(huì)使拉力測試值增大，符合一般規(guī)律，即材料溫度越高，利于材料分子間的擴(kuò)散結(jié)合。在實(shí)際生產(chǎn)中，需綜合考慮所采用基板材料的Tg玻璃化溫度等因素。
四、金絲球焊工藝參數(shù)優(yōu)化驗(yàn)證
（一）正交試驗(yàn)
1、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
按照標(biāo)準(zhǔn)ＧＪＢ ５４８Ｃ—２０２１《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》中方法２０１１．１鍵合強(qiáng)度（破環(huán)性鍵合拉力試驗(yàn)）２５μｍ的金絲拉力測試方法進(jìn)行測試，２５μｍ金絲最小鍵合強(qiáng)度為３．０ｇｆ。
2、試驗(yàn)過程
試驗(yàn)選用了超聲功率、超聲時(shí)間、鍵合壓力和熱臺(tái)溫度這四個(gè)因素，每個(gè)因素在產(chǎn)品規(guī)定的工藝參數(shù)范圍內(nèi)選擇了三個(gè)參數(shù)。具體而言，超聲功率（因素A）的參數(shù)為A1=300、A2=350、A3=400；超聲時(shí)間（因素B）的參數(shù)為B1=30ms、B2=40ms、B3=50ms；鍵合壓力（因素C）的參數(shù)為C1=20gｆ、C2=30gｆ、C3=40gｆ；熱臺(tái)溫度（因素D）的參數(shù)為D1=120℃、D2=135℃、D3=150℃。
a、選擇正交表
本試驗(yàn)設(shè)計(jì)３種參數(shù)的４種因素試驗(yàn)，采用Ｌ９（３４）正交表，試驗(yàn)過程需進(jìn)行９次試驗(yàn)（見表５）
b、試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集
試驗(yàn)樣本采用與該產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)相同的材料、操作人員和設(shè)備完成金絲鍵合過程，
每組試驗(yàn)參數(shù)取１０次試驗(yàn)結(jié)果的平均值，對(duì)試驗(yàn)情況進(jìn)行極差分析，計(jì)算結(jié)果見表６。
C、工藝參數(shù)改進(jìn)及驗(yàn)證
從表6數(shù)據(jù)分析得知，在該產(chǎn)品金絲球焊工藝參數(shù)窗口內(nèi)，各組參數(shù)條件下破壞性鍵合拉力測試值均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的最小鍵合強(qiáng)度3.0gｆ。因素C和A對(duì)破壞性鍵合拉力結(jié)果的影響最大，其次是因素D，而因素B的影響相對(duì)較小。為了實(shí)現(xiàn)破壞性鍵合拉力值的優(yōu)化，采用C1、A1、D3、B2的參數(shù)組合（超聲壓力20gｆ、超聲功率步進(jìn)值300、熱臺(tái)溫度150℃、超聲時(shí)間40ms）進(jìn)行驗(yàn)證，測試100根金絲拉力，均值達(dá)到12.836gｆ，且拉力測試值分布相對(duì)均勻，破壞性拉力測試過程中失效模式基本一致。
d、結(jié)論
通過正交試驗(yàn)，針對(duì)高性能環(huán)氧樹脂板上 25μm 的手動(dòng)金絲球焊，得出以下結(jié)論：
1)超聲功率小于 200 時(shí)，可能導(dǎo)致鍵合不良或容易脫鍵，而在 200-400 范圍內(nèi)，鍵合強(qiáng)度較好。增大超聲功率可能減小鍵合強(qiáng)度，而過大的功率會(huì)導(dǎo)致鍵合點(diǎn)根部受損。
2)超聲時(shí)間小于 10ms 時(shí)，可能導(dǎo)致鍵合問題，而在 30-70ms 范圍內(nèi)，鍵合強(qiáng)度相對(duì)穩(wěn)定。超聲時(shí)間進(jìn)一步增大時(shí)，鍵合強(qiáng)度變化趨于平緩，但對(duì)手動(dòng)設(shè)備和操作員的要求增加，可能引入人為不穩(wěn)定因素。
3）鍵合壓力小于 10gｆ 時(shí)，可能導(dǎo)致鍵合不良，而在 20-40gｆ 范圍內(nèi)，鍵合強(qiáng)度相對(duì)穩(wěn)定。增大鍵合壓力可能減小鍵合強(qiáng)度，且引起球焊點(diǎn)變形和根部受損。
4）熱臺(tái)溫度小于 80℃時(shí)，破壞性鍵合拉力相對(duì)較小。提高熱臺(tái)溫度有利于材料分子間擴(kuò)散結(jié)合，但應(yīng)根據(jù)基板材料的 Tg 玻璃化溫度等因素綜合考慮。
5）通過正交試驗(yàn)得出優(yōu)選參數(shù)組合（超聲壓力 20gｆ、超聲功率步進(jìn)值 300、熱臺(tái)溫度 150℃、超聲時(shí)間 40ms），鍵合點(diǎn)形貌良好，破壞性鍵合強(qiáng)度穩(wěn)定，滿足產(chǎn)品要求。
6）采用手動(dòng)型鍵合設(shè)備時(shí)，人為因素影響顯著。操作人員技能狀態(tài)、疲勞程度等因素會(huì)直接影響鍵合點(diǎn)質(zhì)量，因此需采用科學(xué)的試驗(yàn)和過程控制方法，選取相對(duì)優(yōu)化的工藝參數(shù)組合，提高金絲球焊工藝鍵合點(diǎn)的可靠性和一致性。
以上就是小編介紹的金絲球焊工藝參數(shù)影響性分析和優(yōu)化驗(yàn)證的內(nèi)容，希望可以給大家?guī)韼椭∪绻€想了解更多關(guān)于推拉力測試機(jī)怎么使用、怎么設(shè)置、鉤針、設(shè)備、品牌和廠家等問題歡迎您關(guān)注我們，也可以給我們私信和留言，科準(zhǔn)測控技術(shù)團(tuán)隊(duì)為您免費(fèi)解答！
