欢送点击报名参与

张玉佩张茹戎荣誉

（烟台台芯电子科技有限公司）

择要：

引线键协做为芯片封装的关键工艺，其键合原料直接影响器件功用。功率器件广泛采取粗铝丝超声楔形键合，对芯片地区第一键合点和第二键合点键合工艺参数停止了系统协商，并以剪切力做为权衡键合原料的办法，采取单因子剖析法，协商各个参数对键合点强度的影响，欺诈正交实验办法，肯定最优参数，并较量两类键合点的差别，为该畛域引线键合工艺参数设定供给参考。

1引言

跟着动力欺诈与处境继续地向可连接性方位进展，功率器件在种种动力系统中的运用越来越广泛。绝缘栅双极型晶体管（IGBT）完备繁多好处，且在高压、大电流方面具备极大的进展潜力，因而被广泛运用于多种行业。

由于功率器件要耐高电压大电流，引线键合的键合点原料直接影响IGBT模块的靠得住性，因而升高IGBT引线键合强度，消沉引线零落的几率，有助于升高器件的不变性和寿命，键合参数优化、材料筛选、键合用具的切确哄骗是升高键合靠得住性的紧要道路，个中最关键的是键合参数的优化。

本文联合功率器件自己个性，协商多键合点处境下芯片地区第一键合点和第二键合点参数特点，通过测试键合点的剪切力，协商键合参数与键合原料的相干。首先采取单因子法，离别对不同成分停止协商，肯定出各成分的水准，尔后哄骗正交实验法得出最好键合参数组合，并比较第一键合点和第二键合点的差别。

2功率器件引线键合工艺

2.1键合材料

罕用于键合的原材料有金、铜和铝。金线成本较高，实用于小电流产物；铜线成本远低于金线，板滞强度高，焊接后线弧具备优异的不变性，实用于大电流运用，然而轻易产生氧化，键合流程需求气体掩护，键合点轻易开裂。IGBT做为大功率器件，引线中有大电流通过，因而常常采取高纯粗铝线键合。

2.2键合方法

遵循超声能量分类，运用规模较广的引线键合工艺主借使热超声球形键合、超声楔形键合，2种键合方法如图1所示。

（1）热超声球形键合，在对引线和键合区加热的同时增长超声振荡，使焊球和芯片来往区产生塑性变形，毁坏表面氧化层，通过界面处原子互相散布产生固溶结构达成焊接。热超声键合常常实用于铜丝或金丝，具备强度高、靠得住性好的上风。

（2）超声楔形键合在施加压力的同时，通过超声振荡实行焊接，在键合用具超声振荡和键合压力的效用下，引线和焊盘在磨擦力的效用下走漏出纯朴的金属表面，并产生猛烈的原子散布和塑性崎岖，使引线和焊盘互相粘合而产生键合。焊接参数调动灵动，焊接规模较广，功率器件封装多采取高纯粗铝丝超声楔形键合的方法。

本文协商楔形键合，以两点键合为例，楔形键合的紧要流程见图2。

个中键合第一点和第二点流程中，劈刀以必要的静态压力（键合压力）将引线压到被键合表面，换能器施加一按功夫（键合功夫）的超声振荡能量（超声功率）产生键合点，以是键合紧要工艺参数为超声功率、键合压力和键合功夫。

2.3键合实验

常常采取键合拉力测试、剪切力测试这两种毁坏性的测试办法对键合原料停止实验。键合线拉力测试有诸多决意成分，如拉力、拉力点地方、引线长度、拉力角度等，测试常有必要差错。理论中发觉测试粗铝线拉力时，断裂地方常常为键合线自己，一些见焊点零落的处境，测试数据与引线自己的强度相干较大，且不能反响出弧两头键合点强度的差别；功率器件中粗铝丝楔形键合常常采取平行槽口劈刀，剪切力较高，键合原料能够用剪切力测试仪停止正确评估；因而，剪切力测试是权衡键合点强度的最好方法。

2.4功率器件IGBT引线键合方法

功率器件引线键合方法广泛采取楔形超声键合，材料为高纯铝线。为保证均流效果，IGBT芯片上表面经常不仅独配置打线PAD点，芯片上表面为金属化的电极，即为键合区。跟着IGBT向更大电流电压进展，芯片尺寸响应增大，IGBT模块功用请求更高，经常需求搭配二极管哄骗，因而芯片表面键合点增长，IGBT模块的键合方法由保守的单芯片两点键合蜕变成单芯片多点键合、多芯片多点键合，如图3所示。

球形焊接中一焊和二焊方法有差别，文件中也有协商球形焊接第一焊点键合个性的报导，但鲜有楔形焊接不同焊点的协商。本文要点协商芯片地区第一键合点与第二键合点的键合个性，采取剪切力测试办法，协商不同键合参数对两类焊点键合原料的影响，关于升高大伙键合强度具备指点意义。

3键合单成分对键合剪切力的影响

上一节引见的影响键合紧要成分为超声功率、键合压力和键合功夫。本实验做战采取奥地利FK公司FS超声键合机，香港瑞茵MFM系列多功用推拉力测试机，材料为贺利氏μm粗铝丝，离别对芯片上第一、二键合点停止剪切力测试。首先欺诈操纵变量法对单因子停止协商，单因子实验中采选底子参数离别为90%、g、ms。

3.1超声功率对焊点剪切力的影响

键合压力和键合功夫不变，离别测试第一键合点和第二键合点不同超声功率下的剪切力，测试数据见表1，超声功率为%时，第一键合点剪切力到达2.kg，超声功率为%时，第二键合点剪切力到达2.kg。两类键合点的剪切力都是跟着功率的增大先增大后减小，显现出抛物线趋向。这是由于超声键合流程中超声产生器发出超声波，通过换能器夸大，在劈刀顶端具备最大振幅，功率越大，振幅越大，对键合点的效用也越大，然而跟着超声功率加大，过量的超声能量会使曾经达成键合的地区严峻变形，因而强度降落，键合点剪切力降落。

从实验数值上能够看到，两类键合点剪切力跟着键合功率的改变大伙趋向一致，类似超声功率下，第二键合点的剪切力大于第一键合点，离别对两者停止二阶多项式拟合，拟合弧线见图4，两类键合点的剪切力与功率相干式如式（1）（2）所示。

Y1=1.+0.x-0.×(x-)2（1）

Y2=1.+0.x-9.×10-5×(x-)2（2）

式中x为键合功率，Y1为第一焊点剪切力，Y2为第二焊点剪切力。欺诈最值剖析法，式（1）（2）的最大值离别为（.，2.）、（.，2.），由效果可知，第二键合点剪切力的最大值大于第一键合点，最大值对应的键合功率第一键合点大于第二键合点。

3.2键合压力对第一焊点、第二焊点剪切力的影响

超声功率和键合功夫不变，对不同键合压力下焊点的剪切力停止测试。测试数据如表2所示，拟合弧线见图5。

键合压力紧要效用有两个，一是保证引线与芯片之间严密来往，增长引线与芯片焊接地区的来往面积，二是使引线产生必要的塑性形变，毁坏表面的氧化膜，走漏出新鲜的金属表面，有益于产生靠得住的键合点。在超声功率必要的前提下，增长键合压力有益于升高键合原料，然而，键合压力过大的光阴引线严峻变形，从而消沉键合强度，因而体现为剪切力先随键合压力增大而增大，尔后随键合压力减小而减小的趋向。

离别对两者停止二阶多项式拟合，拟合弧线见图5，两个键合点的剪切力与功率相干式如式（3）（4）所示。

Y1′=1.5727+0.x′-2.×10-6×(x′-)2（3）

Y2′=1.+0.x′-1.×10-6×(x′-)2（4）

式中x′为键合压力，Y1′为第一焊点剪切力，Y2′为第二焊点剪切力。欺诈最值剖析法，式（3）（4）的最大值离别为（.93，2.）、（.75，2.），由效果可知，第二键合点的最大值大于第一键合点，最大值对应的键合压力第二键合点也大于第一键合点。

3.3键合功夫对第一焊点、第二焊点剪切力的影响

维持超声功率和键合压力不变，对不同键合功夫下焊点的剪切力停止测试。测试数据见表3。

剪切力随功夫改变的趋向为先跟着键合功夫增长而增大，到达必要的阈值后趋缓，第一键合点和第二键合点的阈值离别为ms和ms。阈值对应的最大值第二键合点大于第一键合点。这类局面产生的原由于万古间超声影响使得界面原子散布产生牢靠的键合，同时超声振荡也致使粗铝丝产生打击，产生裂纹，跟着超声功夫的增长，必将会致使铝丝疲乏太甚，键合生效，即浮现过键合的根切状况。

4键合多成分正交实验及剖析

4.1正交实验及极差剖析法

以上商议了超声功率、键合压力和键合功夫3个成分离别对第一键合点和第二键合点的影响。遵循2.2节所述键合旨趣，键合强度是3个成分交互效用的效果，为了获得键合点剪切力最大值，需求同时思量这3个成分的效用。每个成分离别采选两个水准，遵循正交实验法和极差剖析法进一步协商两类键合点剪切力的影响成分。表4为三成分两水准正交表。

4.2正交实验及极差剖析效果

遵循以前单因子考证实验效果，第一键合点超声功率采选%、%，键合压力采选g、g，键合功夫采选ms、ms；第二键合点超声功率采选%、%，键合压力采选g、g，键合功夫采选ms、ms，停止多因子正交实验，效果离别如表5、6所示，极差推算值见表7、8。

通过表5和表7得出，第一键合点和第二键合点剪切力最大值为2.kg、2.kg，对应的工艺参数（超声功率，键合压力，键合功夫）离别为（，，）、（，，）。从表7和表8所示的极差值R上来看，两类键合点的键合参数存在差别，键合功率对第一键合点的影响较量大，键合压力对第二键合点的影响较量大。因而在理论临盆流程中，离别留心这两个成分关于键合点的影响。实验效果还阐明，芯片地区第二键合点的剪切力大于第一键合点，即第二键合点的键合强度大于第一键合点，在参数调动流程中，要要点升高第一键合点的强度，从而升高大伙键合的靠得住性。

5论断

本文探究了功率器件超声楔形键合中多键合点处境下，键合参数对芯片上第一键合点和第二键合点剪切力的影响，得出剪切力随超声功率、键合压力和键合功夫的改变规律，并停止了机理剖析。在单因子实验底子上肯定各参数的水准并停止正交实验策画，得出最优参数组合，通过极差剖析法得出开始论断；在多成分键合参数的效用下，一焊剪切力受键合功率影响显著，二焊剪切力受键合压力影响较为显著，第二键合点的剪切力最大值大于第一件键合点的；进一步得出论断，芯片地区两类键合点的键合强度具备差别，在键合工艺调动流程中，要离别思量键合引线两头键合点的特点，使两键合点均到达最高强度，消沉引线两头键合点处零落的危急，有助于升高引线大伙键合强度，关于功率器件不变性和哄骗寿命具备紧急意义。

本文值一瓶啤酒??

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkjg/810.html