宋昊

（中電科儀器儀表有限公司，山東青島，266555）

0 引言

在電子封裝技術(shù)不斷趨于成熟的當(dāng)下，對(duì)電子封裝技術(shù)、材料、設(shè)備等方面的細(xì)節(jié)的研究顯得尤為重要，在細(xì)節(jié)上的提升、原理方面的探索是電子封裝技術(shù)繼續(xù)提高、進(jìn)步的渠道。鍵合作為電子封裝技術(shù)的關(guān)鍵工序，其工藝復(fù)雜、影響因素多。健合工序依據(jù)鍵合方式分成了球型鍵合和楔型鍵合、其主要區(qū)別在于鍵合點(diǎn)的形狀。球健合第一點(diǎn)形狀為球狀，是由鍵合機(jī)燒球后形成。因此球鍵合的影響因素更為復(fù)雜，多了打火成球的步驟，因此如何控制成球是球鍵合可靠性控制的第一步，本文主要以打火參數(shù)為重點(diǎn)，探討成球的設(shè)備因素，并探究其根本原理。

1 球鍵合機(jī)燒球原理

如圖1所示，打火桿距離劈刀尾端約1.1mm,尾絲長度約0.9mm,球鍵合機(jī)燒球，是由打火桿放電，高壓擊穿空氣，使得金絲尾端熔化成金球。

圖1 打火桿與劈刀位置關(guān)系

2 問題描述

此問題出現(xiàn)于鍵合工序，在模塊鍵合過程中，操作人員反饋鍵合機(jī)頻繁出現(xiàn)打火異常，平均每鍵合3根線出現(xiàn)一次，打火后劈刀下方?jīng)]有金球，并且設(shè)備無法向下送絲，只能把金絲扯出劈刀后重新穿絲。

3 問題分析

根據(jù)可能導(dǎo)致此問題的幾個(gè)因素畫出魚骨圖分析。

■3.1 操作人員問題

操作人員都是工作了10年以上的員工，操作經(jīng)驗(yàn)豐富，可能會(huì)有馬虎現(xiàn)象，但此問題不會(huì)頻繁發(fā)生；同時(shí)，此問題各個(gè)時(shí)間段都會(huì)出現(xiàn)，換人操作問題并未改善。因此與員工操作無關(guān)。

圖2

■3.2 物料耗材問題

所使用的金絲規(guī)格不變，保存環(huán)境良好，溫濕度均符合金絲儲(chǔ)存條件，一直未出現(xiàn)問題，更換金絲后，問題也沒有改善。

■3.3 工藝問題

工藝方法和工藝流程都未改變，之前同樣的模塊以此工藝方法和流程操作沒有問題，因此基本排除工藝因素的影響。

■3.4 機(jī)器設(shè)備問題

排查設(shè)備故障發(fā)現(xiàn)設(shè)備機(jī)械功能、設(shè)置程序功能正常，電氣供應(yīng)正常，因此排除設(shè)備故障；推測(cè)設(shè)備參數(shù)導(dǎo)致的打火異常。而影響打火的參數(shù)因素主要有：第二點(diǎn)鍵合功率、尾絲設(shè)置、劈刀與打火桿的位置關(guān)系、打火功率和打火時(shí)間設(shè)置。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

在與生產(chǎn)條件相同的情況下，使用此型號(hào)鍵合機(jī)在實(shí)驗(yàn)電路上進(jìn)行鍵合實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì):首先調(diào)節(jié)鍵合的超聲參數(shù)，探索是否由鍵合超聲參數(shù)導(dǎo)致;調(diào)節(jié)鍵合時(shí)間參數(shù)，排除鍵合時(shí)間的影響;調(diào)整尾絲參數(shù)和劈刀與打火桿的距離，確定因?yàn)槲步z不合適導(dǎo)致的打火異常;最后調(diào)整打火電源的參數(shù)，最終確定導(dǎo)致此次問題的因素。

■4.1 降低第二點(diǎn)超聲功率

第二點(diǎn)功率太大會(huì)導(dǎo)致金絲粘在劈刀上，無法正常送絲，打火失敗，但在此實(shí)驗(yàn)過程中，打火電源顯示打火成功，并觀測(cè)到如圖3所示的金球。

如圖3所示，打火之后尾絲了金球，但是金球尺寸偏小，為24.71μm。因此會(huì)導(dǎo)致金球卡在劈刀孔里，并非鍵合功率的問題。

■4.2 調(diào)整尾絲和劈刀與打火桿距離

由圖3推測(cè)可能是尾絲不夠長或者劈刀離打火桿太遠(yuǎn)導(dǎo)致雖然打火成功，但是打火不良。實(shí)驗(yàn)過程調(diào)整打火桿位置和尾絲長度，作用不大。但發(fā)現(xiàn)了如圖4的問題。

圖4

在打火桿上偶然發(fā)現(xiàn)一個(gè)掉落的金球，由此分析掉落金球可能是由于打火參數(shù)過大導(dǎo)致，而掉落金球的同時(shí)，金絲尾端還帶有一個(gè)小的不規(guī)則金球（如圖3），推測(cè)是由于打火功率大，燒球時(shí)間長導(dǎo)致燒球后，因時(shí)間過長，燒成的金球不能冷卻，從而滴落下來，而長時(shí)間的打火電流通過，又形成了一個(gè)不規(guī)則的小金球。

■4.3 降低打火時(shí)間和打火功率

調(diào)整打火電源參數(shù)，打火功率降低1.6，打火時(shí)間降低2，重新穿線調(diào)整尾絲后進(jìn)行鍵合。在實(shí)驗(yàn)板上鍵合200根金絲后未發(fā)生打火異?，F(xiàn)象。操作人員恢復(fù)生產(chǎn)，在產(chǎn)品上進(jìn)行操作，恢復(fù)正常。因此推斷4.2中掉落金球并二次燒球是由于打火參數(shù)偏大導(dǎo)致的推測(cè)是正確的。

5 問題原理

由原理圖可知，長時(shí)間打火，導(dǎo)致熔化的金球在重力作用下掉落，電流的持續(xù)通過導(dǎo)致形成二次熔球，當(dāng)打火結(jié)束后，金絲回抽，二次熔球的金球很小，但是會(huì)卡在劈刀口上，從而導(dǎo)致雖然打火成功，但是鍵合時(shí)發(fā)現(xiàn)沒有金球，送絲也送不下來的情況。

圖5 二次燒球原理

6 結(jié)論

通過以上分析，降低打火參數(shù)，如圖6所示。

圖6 打火參數(shù)調(diào)整

由打火參數(shù)調(diào)整前（圖6(a)）和打火參數(shù)調(diào)整后（圖6(b)）對(duì)比，打火功率由5.5調(diào)到3.9，打火時(shí)間由4.9調(diào)到2.9，解決問題。因此得出結(jié)論鍵合機(jī)打火異常的影響因素除了尾絲長短、第二點(diǎn)鍵合參數(shù)之外，與打火參數(shù)也有很大關(guān)系，打火參數(shù)過小會(huì)導(dǎo)致無法成球，打火參數(shù)過大會(huì)導(dǎo)致二次燒球。

球鍵合中，打火成球是保證球鍵合可靠性的第一步，是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。影響成球的因素有很多:金絲質(zhì)量、尾絲長度、劈刀與打火桿之間的距離、第二點(diǎn)鍵合參數(shù)、打火桿表面的氧化程度和打火參數(shù)。而此次打火異常的主要影響因素是打火參數(shù)，經(jīng)過試驗(yàn)得出的結(jié)論是:打火參數(shù)偏大，主要是打火時(shí)間長，導(dǎo)致尾絲熔化成球后滴落，此時(shí)依然處于打火狀態(tài)，但處于打火狀態(tài)接近結(jié)束的時(shí)候，因此又形成了一個(gè)不規(guī)則的小金球，打火結(jié)束后，線夾帶著金絲回抽，尺寸較小的金球卡在了劈刀口上，這就導(dǎo)致了鍵合時(shí)發(fā)現(xiàn)沒有球，再打火時(shí)沒有尾絲、不成球的現(xiàn)象。