lỗi liên kết dây dẫn

Hàn dây là một trong những quy trình kết nối được sử dụng rộng rãi nhất trong đóng gói bán dẫn. Nó tạo ra đường dẫn điện giữa chip bán dẫn và khung dẫn, chất nền hoặc đầu nối của gói. Khi giao diện hàn, vòng dây hoặc cấu trúc gói xung quanh không được kiểm soát đúng cách, các khuyết tật có thể xuất hiện trong quá trình sản xuất, kiểm tra độ tin cậy hoặc vận hành thực tế. Việc một gói hàng bị lỗi sau khi hàn dây không nhất thiết chỉ ra một vấn đề duy nhất về thiết bị. Nguyên nhân gốc rễ có thể liên quan đến điều kiện bề mặt, lớp mạ kim loại trên miếng đệm, dây hàn, thông số quy trình, dụng cụ, giá đỡ chất nền hoặc ứng suất đóng gói sau này. Do đó, xác định được phương thức gây lỗi thực sự là bước đầu tiên để có biện pháp khắc phục hiệu quả. 1. Các kiểu lỗi thường gặp khi hàn dâyNâng trái phiếu hoặc mở trái phiếuHiện tượng bong tróc mối hàn xảy ra khi mối hàn dạng bi hoặc mối hàn dạng khâu tách rời khỏi miếng đệm, khung dẫn hoặc chất nền. Hiện tượng này có thể được phát hiện ngay lập tức bằng cách kiểm tra điện, kiểm tra độ bền kéo dây hoặc kiểm tra bằng mắt thường, nhưng các mối hàn yếu cũng có thể phát triển thành mạch hở hoặc mạch không ổn định sau khi chịu ứng suất nhiệt hoặc cơ học. Nứt gót chân và gãy dây thépVùng gót là khu vực chuyển tiếp giữa dây dẫn được hàn và vòng dây dẫn tự do. Biến dạng quá mức, hình dạng vòng dây không phù hợp, hình dạng dụng cụ, uốn cong lặp đi lặp lại hoặc chu kỳ nhiệt có thể gây ra các vết nứt ở khu vực này. Vết nứt ở gót có thể phát triển cho đến khi dây dẫn bị hở điện. Hiện tượng tạo hố hoặc hư hỏng do kim loại hóa trên tấm đệmLực liên kết quá mạnh hoặc năng lượng siêu âm quá mức có thể làm hỏng miếng đệm liên kết, lớp điện môi hoặc cấu trúc silicon bên dưới. Các hậu quả thường gặp bao gồm bong tróc miếng đệm, bắn tóe nhôm, tạo miệng hố bên dưới miếng đệm hoặc nứt vỡ chip. Những khuyết tật này không phải lúc nào cũng nhìn thấy được từ bề mặt trên cùng và có thể cần đến phân tích mặt cắt ngang hoặc phân tích âm học. Các khuyết tật trong quá trình hình thành quả cầu, đường khâu và đuôi.Điều kiện tắt lửa điện tử không ổn định, dây dẫn bị nhiễm bẩn, mao dẫn bị mòn hoặc các thông số không chính xác có thể tạo ra các mối hàn không khí bị biến dạng, các mối hàn lệch tâm, các mối hàn yếu, các đầu nối ngắn hoặc các mối hàn không dính. Những khuyết tật này làm giảm tính nhất quán của quy trình và có thể làm tăng nguy cơ phải làm lại hoặc rò rỉ sản phẩm. Biến dạng vòng lặp và hiện tượng ngắn mạch dây dẫnChiều cao, khoảng cách hoặc quỹ đạo vòng dây không chính xác có thể khiến các dây dẫn liền kề chạm vào nhau hoặc tiếp xúc với bao bì, cạnh chip hoặc hợp chất khuôn. Hiện tượng dây bị dịch chuyển trong quá trình đúc khuôn cũng là một nguyên nhân tiềm ẩn gây đoản mạch, đặc biệt là với các dây dẫn dài hoặc mảnh.   2. Các nguyên nhân chính gây ra lỗi hàn dây dẫnÔ nhiễm và oxy hóa bề mặtCác chất cặn hữu cơ, bụi bẩn, dấu vân tay, tạp chất silicon và oxit bề mặt có thể làm giảm diện tích liên kết hiệu quả và ngăn cản sự tiếp xúc ổn định giữa các bề mặt. Sự nhiễm bẩn có thể bắt nguồn từ vật liệu đầu vào, quá trình gắn chip, chất tẩy rửa, lưu trữ, xử lý hoặc các quy trình lân cận. Vì ngay cả một bề mặt tiếp xúc nhìn bằng mắt thường cũng có thể chứa tạp chất phân tử, nên việc kiểm soát quy trình đáng tin cậy hơn so với chỉ kiểm tra bằng mắt thường. Cửa sổ quy trình liên kết không ổn định hoặc không chính xácNăng lượng siêu âm, lực liên kết, thời gian liên kết và nhiệt độ bàn hàn đều tác động lẫn nhau. Đầu vào không đủ có thể tạo ra diện tích liên kết nhỏ và sự hình thành giao diện yếu. Đầu vào quá mức có thể làm biến dạng dây dẫn quá mức, làm hỏng lớp mạ kim loại của miếng đệm, tạo ra các vết nứt ở gót hoặc gây ra hiện tượng lõm. Các thiết lập tối ưu phụ thuộc vào đường kính và vật liệu dây dẫn, thành phần của miếng đệm, giá đỡ gói, hình dạng dụng cụ và tình trạng thiết bị. Khả năng tương thích vật liệu dây dẫn và miếng đệmDây vàng, đồng, đồng mạ palladium, bạc và nhôm có độ cứng, khả năng oxy hóa và sự hình thành hợp kim liên kim loại khác nhau. Ví dụ, dây đồng thường yêu cầu phạm vi quy trình hẹp hơn vì nó cứng hơn vàng và có thể gây ra ứng suất lớn hơn lên cấu trúc tấm đệm. Độ dày, độ đồng nhất của lớp phủ tấm đệm và điều kiện bảo quản cũng ảnh hưởng đến khả năng liên kết và độ tin cậy lâu dài. Tình trạng mao dẫn, nêm và thiết bịỐng mao dẫn hoặc nêm bị mòn, sứt mẻ hoặc nhiễm bẩn có thể làm thay đổi hình dạng mối hàn và điều kiện ma sát. Sự thay đổi về hiệu suất của đầu dò siêu âm, hiệu chuẩn đầu hàn, kẹp dây, độ ổn định của EFO, nhiệt độ bộ gia nhiệt hoặc điều khiển trục Z cũng có thể tạo ra kết quả không nhất quán. Tuổi thọ của dụng cụ nên được quản lý thông qua giới hạn số lượng mối hàn và xu hướng chất lượng chứ không chỉ dựa vào vẻ bề ngoài. Sự không phù hợp giữa ứng suất nhiệt cơ học và hệ số giãn nở nhiệt (CTE).Sự không phù hợp về hệ số giãn nở nhiệt (CTE) giữa chip, dây dẫn, miếng đệm và hợp chất đúc tạo ra ứng suất nhiệt cơ học trong quá trình thay đổi nhiệt độ. Bản chất tuần hoàn của ứng suất này dẫn đến hỏng hóc do mỏi nhiệt – các vết nứt bắt đầu hình thành và lan rộng, cuối cùng gây ra suy giảm tín hiệu hoặc hở mạch. Trong các thử nghiệm chu kỳ công suất và chu kỳ nhiệt độ, sự bong tróc mối nối dây dẫn là một dạng hỏng hóc chính làm giảm tuổi thọ của sản phẩm.  3. Làm thế nào để cải thiện độ tin cậy của mối nối dâyKiểm soát độ sạch của bề mặtXác định các yêu cầu về xử lý, bảo quản và vệ sinh đối với khuôn dập, khung dẫn và chất nền. Làm sạch bằng plasma Phương pháp này có thể loại bỏ nhiều cặn hữu cơ và kích hoạt các bề mặt được chọn trước khi liên kết, nhưng cần phải kiểm tra loại khí, công suất, thời gian xử lý và khả năng tương thích vật liệu. Xử lý quá mức có thể làm thay đổi các bề mặt nhạy cảm, vì vậy làm sạch bằng plasma nên được coi là một quy trình được kiểm soát chứ không phải là một thiết lập chung. Thiết lập cửa sổ quy trình đã được xác minhSử dụng các thí nghiệm được thiết kế để đánh giá đồng thời năng lượng siêu âm, lực, thời gian và nhiệt độ. Công thức được chọn phải đảm bảo độ bền kéo hoặc độ bền cắt chấp nhận được, hình dạng liên kết ổn định và không gây hư hại cho miếng đệm trong phạm vi biến đổi vật liệu và thiết bị dự kiến. Quy trình hoạt động ở giữa cửa sổ thường mạnh mẽ hơn so với công thức hoạt động gần giới hạn lỗi. Bảo trì và hiệu chỉnh máy hàn dâyKiểm tra các mao quản, nêm, kẹp dây, các bộ phận EFO và đầu dò siêu âm theo định kỳ. Xác minh lực liên kết, nhiệt độ bàn in, độ chính xác định vị và hiệu suất siêu âm. Hồ sơ bảo trì phòng ngừa cần được liên kết với xu hướng lỗi để xác định sự thay đổi dần dần trước khi nó gây ra tổn thất năng suất. Tăng cường kiểm soát nguyên vật liệu đầu vàoChỉ định độ tinh khiết của dây dẫn, đường kính, tính chất cơ học, điều kiện bảo quản cuộn dây và thời hạn sử dụng. Kiểm tra độ hoàn thiện của miếng đệm, độ dày lớp mạ kim loại, tình trạng khung dẫn và độ sạch của chất nền. Việc thay thế vật liệu cần trải qua các thử nghiệm liên kết và xác minh độ tin cậy chứ không chỉ dựa trên sự tương đương về kích thước. Sử dụng kiểm tra trong quá trình sản xuất và giám sát thống kê.Kết hợp hình ảnh hoặc kiểm tra quang học tự động Sử dụng phương pháp kiểm tra độ bền kéo dây, độ bền cắt bi hoặc độ bền cắt liên kết tùy theo trường hợp. Theo dõi kích thước liên kết, các kiểu hỏng hóc, kết quả kéo hoặc cắt, các sự kiện không dính và việc sử dụng dụng cụ thông qua kiểm soát quy trình thống kê. Giám sát xu hướng hiệu quả hơn so với chỉ dựa vào kiểm tra đạt/không đạt cuối cùng. Chọn biện pháp khắc phục phù hợp với chế độ lỗi.Không nên tự động tăng công suất hoặc lực siêu âm khi phát hiện mối nối yếu. Trước tiên, hãy xác định vị trí và nguyên nhân gây ra sự hỏng hóc. Tùy thuộc vào loại khuyết tật, có thể sử dụng kính hiển vi quang học, phân loại hỏng hóc bằng thử nghiệm kéo, kính hiển vi điện tử quét, cắt ngang, phân tích nguyên tố và hình ảnh âm thanh. Biện pháp khắc phục cần nhắm vào cơ chế đã được xác định.  4. Hướng dẫn khắc phục sự cố nhanh  Lỗi quan sát đượcNguyên nhân có thể xảy raCác kiểm tra được đề xuấtNâng đỡ/chống dínhNhiễm bẩn; diện tích liên kết không đủ; bề mặt miếng đệm kém; dụng cụ bị mònXem xét bề mặt hư hỏng; kiểm tra việc làm sạch và bảo quản; kiểm tra dụng cụ; xác minh dữ liệu kéo/cắt và phạm vi quy trìnhNứt gót chân / đứt dâyBiến dạng quá mức; vòng lặp không phù hợp; hình dạng dụng cụ; mỏi nhiệtKiểm tra hình dạng gót giày; xem xét chương trình vòng lặp và các thông số liên kết; so sánh mẫu ban đầu và mẫu đã qua sử dụng.Hư hỏng/tạo hố trên bệ đỡLực tác động quá mạnh hoặc sóng siêu âm quá mức; lớp đệm yếu; hỗ trợ không đầy đủ.Kiểm tra mặt cắt ngang hoặc kiểm tra âm thanh; xác minh hiệu chuẩn lực; xem xét thiết kế tấm đệm và giá đỡ phôi.Quả bóng biến dạng / liên kết không ổn địnhBiến thiên EFO; dây dẫn bị nhiễm bẩn; mài mòn mao dẫn; sự bất ổn định do khí hoặc khe hở.Kiểm tra hình dạng FAB, điện cực EFO, điều kiện khí tạo hình, đường dẫn dây và điều kiện mao dẫn.Ngắn mạch/quét dâyVòng lặp quá thấp hoặc quá dài; lỗi vị trí; dòng chảy khuônĐo hình dạng và khoảng cách của vòng dây; kiểm tra sự thẳng hàng; xem xét quy trình đúc và quét dây sau khi đúc.  5. Kết luậnCác lỗi hàn dây thường là kết quả của sự kết hợp các yếu tố như vật liệu hàn, điều kiện bề mặt, thông số quy trình, hiệu suất dụng cụ và ứng suất đóng gói sau đó. Việc cải thiện hiệu quả bắt đầu bằng việc xác định chế độ lỗi cụ thể, tiếp theo là làm sạch bề mặt có kiểm soát, tối ưu hóa phạm vi quy trình, bảo trì thiết bị định kỳ và kiểm tra dựa trên dữ liệu. Lựa chọn vật liệu đáng tin cậy thiết bị hàn dâyVới đầu ra siêu âm ổn định và khả năng kiểm soát thông số chính xác, sản phẩm này cũng giúp cải thiện độ đồng nhất của liên kết và giảm thiểu các lỗi tái diễn. HYRNUS Chúng tôi cung cấp các giải pháp hàn dây, xử lý bề mặt bằng plasma và kiểm tra mối hàn cho các ứng dụng đóng gói bán dẫn. Cho dù bạn đang phát triển một sản phẩm mới, nâng cấp quy trình hiện có hay khắc phục sự cố hàn lặp lại, các kỹ sư của chúng tôi có thể đánh giá cấu trúc bao bì, vật liệu dây và đệm, yêu cầu sản xuất và phương pháp kiểm tra trước khi đề xuất cấu hình thiết bị phù hợp. Vui lòng liên hệ với chúng tôi.liên hệ với nhóm của chúng tôi Để được tư vấn kỹ thuật và đề xuất thiết bị.  Câu hỏi thường gặpNguyên nhân phổ biến nhất gây ra hiện tượng bong tróc mối hàn dây là gì? Không có nguyên nhân duy nhất nào gây ra hiện tượng này. Sự nhiễm bẩn bề mặt, sự hình thành giao diện không đầy đủ, các vấn đề về bề mặt tiếp xúc và dụng cụ liên kết bị mòn thường là những nguyên nhân góp phần. Vị trí gãy và bề mặt hư hỏng cần được kiểm tra trước khi điều chỉnh công thức.Liệu phương pháp làm sạch bằng plasma có thể ngăn ngừa các khuyết tật trong quá trình hàn dây dẫn? Làm sạch bằng plasma có thể cải thiện khả năng liên kết khi có sự nhiễm bẩn hữu cơ hoặc hoạt hóa bề mặt kém. Tuy nhiên, nó không thể khắc phục các vấn đề về thiết kế miếng đệm, lớp kim loại bị hư hỏng, sự kết hợp dây dẫn-miếng đệm không phù hợp hoặc các thông số liên kết không chính xác.Làm thế nào để phát hiện các lỗi trong mối nối dây? Các phương pháp phổ biến bao gồm kiểm tra quang học bằng mắt thường hoặc tự động, kiểm tra điện, kiểm tra độ bền kéo dây, kiểm tra độ bền cắt của bi hoặc mối nối và giám sát thống kê. Các lỗi phức tạp hơn có thể cần đến kính hiển vi, cắt ngang, phân tích nguyên tố hoặc hình ảnh âm thanh.Ống mao dẫn dùng trong hàn dây cần được thay thế bao lâu một lần? Chu kỳ thay thế phụ thuộc vào vật liệu dây, số lượng mối nối, loại bao bì, quy trình làm sạch và xu hướng chất lượng. Các nhà sản xuất nên xác định giới hạn tuổi thọ dụng cụ dựa trên dữ liệu kiểm tra và hiệu suất quy trình thay vì áp dụng một khoảng thời gian cố định cho mọi sản phẩm.