紅外遙控接收放大器引線鍵合工藝參數對封裝質量的影響因素分析

林桂元

摘 要：紅外遙控接收放大器在各種電器上有廣泛的應用，文章主要針對紅外遙控接收放大器金絲鍵合主要工藝參數對封裝質量影響因素進行簡要的分析，并進一步提出引線鍵合工藝參數對封裝質量的影響因素，以供參考。

關鍵詞：紅外遙控接收放大器；參數；影響因素

中圖分類號：TN405 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）05-0005-02

紅外遙控接收放大器是將光探測器（PD）與前置放大器（IC）封裝在一起，以實現遙控信號的接收放大。環氧封裝體可濾除可見光干擾，檢波輸入信號可直接由微處理器譯碼，方便使用，主要應用于家用電器（電視機、錄像機、VCD、DVD衛星接收機、空調器等），用途非常廣泛，市場很有前景。

1 紅外遙控接收放大器產品結構、主要制作工藝流

程及特點

①產品內部結構如圖1所示。

②紅外遙控接收放大器產品制作的主要工藝流程如下：裝架→燒結→鍵合→翻轉→封裝→電鍍→切筋→測試。

③紅外遙控接收放大器產品具有如下特點：

IC與PD一體式封裝，小巧玲瓏。

封裝體可濾除可見光，抗干擾性能好。

可直接由微處理器譯碼，方便使用。

2 紅外遙控接收放大器引線鍵合（Wire Bonding）

2.1 引線鍵合工藝

引線鍵合過程是引線（gold line）在熱量、壓力或超聲能量的共同作用下，與L/F發生原子間擴散達到鍵合的目的。采用的鍵合工具是劈刀（capillary），第一焊點為球形，第二焊點為鍥形，鍵合條件為熱超聲鍵合，如圖2所示。

2.2 引線鍵合質量判定方法

鍵合質量可通過雙面體視顯微鏡（在40倍率下）進行初步判定，更準確的方法往往通過破壞性實驗判定。

常見的破壞性實驗有金絲拉力測試（BPT）、金球推力測試即剪切力測試（BST）。其中影響金絲拉力測試結果的因素除了工藝參數以外，還與金絲參數（純度、直徑大小、延展性、硬度）、吊鉤位置、弧線高度等有關。因此除了確認金絲拉力值外，還需確認金線斷裂的位置。實際生產過程主要采用五點法進行判定：A點即第一鍵合點與電極接觸面；B點即第一鍵合點的頸部；C點即金絲焊線中部；D點即第二鍵合點根部；E點即第二鍵合點與L/F接觸面，如圖3所示。

3 引線鍵合工藝參數對封裝質量的影響因素分析

3.1 鍵合溫度（bond temperature）

引線鍵合工藝對溫度有較高的控制要求，不能太高，也不能太低，紅外遙控接收放大器的鍵合溫度為180 ℃～190 ℃，實際值需根據L/F材質進行調整，一般溫度在165 ℃～220 ℃之間。

過高的溫度易產生過多的氧化物，從而影響鍵合質量，同時，溫度升高后熱應力會更高，鍵合設備PR識別系統的測精度隨之下降，鍵合位置偏移導致產品可靠性下降。過低的溫度會降低金絲與L/F間的粘結力，容易出現虛焊不良。在實際生產工藝中，鍵合設備溫控系統都配備預熱區、冷卻區，來提高控制的穩定性，如圖4所示。

試驗表明，在其它鍵合參數相同的情況下，過高的溫度容易導致切絲，過低的溫度容易導致虛焊。

3.2 鍵合時間（bond time）

通常的鍵合時間都在幾毫秒，實際生產中會因鍵合點不同、L/F材質及表面鍍層狀況，鍵合時間也不一樣。紅外遙控接收放大器第一焊點的鍵合時間為5～10 ms，一般設定在8 ms左右，第二焊點（194合金銅、表面鍍Ag層厚度≥2 um）的鍵合時間為10～20 ms，通常先設定為15 ms，再根據實際焊點質量狀況進行微調。鍵合時間越長，引線球吸收的能量越多，鍵合點的直徑就越大，與電極接觸的強度增加，但頸部強度將降低。過長的時間，會使鍵合點的尺寸過大（超出焊盤范圍），對于紅外遙控接收放大器第一鍵合點是致命的，使得chip內部線路出現似短非短，導致成品可靠性下降。同時隨著溫度的升高，金絲跟部區域發生再結晶，導致頸部強度降低，增大了頸部斷裂的可能。過短的時間，會使引線球吸收的能量不足，導致出現虛焊不良。因此，合適的鍵合時間顯得尤為重要。

綜上試驗表明，過短的鍵合時間容易出現虛焊、壓不上，特別是第二焊點。過長的鍵合時間容易出現第一焊點歪球，第二焊點切絲現象，見表1。

3.3 超聲功率（USG power）和鍵合壓力（bond force）

超聲功率對鍵合質量和外觀影響最大，它對金絲球焊的變形起主導作用。紅外遙控接收放大器第一焊點過小的功率會導致金球成型不佳、壓不上、虛焊等不良；過大的功率導致第一焊點金球扁平、根部斷裂、第二焊點切絲不良。超聲功率和鍵合力是相互關聯的參數。增大超聲功率通常需要增大鍵合力使超聲能量通過鍵合工具更多的傳遞到鍵合點處，但過大的鍵合力會阻礙鍵合工具的運動，抑制超聲能量的傳導，導致污染物和氧化物被推到了鍵合區域的中心，形成中心未鍵合區域。相同功率不同壓力的鍵合不良統計見表2，相同壓力不同功率的鍵合不良統計表見表3。

綜上試驗表明，過小的壓力或功率值容易導致虛焊、壓不上等不良，過大的壓力或功率值容易導致歪球、切絲等不良；第二焊點的功率及壓力值須比第一焊點的值大。

4 結 語

綜上對紅外遙控接收放大器金絲鍵合主要工藝參數對封裝質量影響因素的分析，表明了合理設置工藝參數對封裝質量的重要性，我們只有不斷對數據的統計分析，優化工藝參數，才能控制好封裝質量。隨著產品封裝尺寸越來越小型化，新材料、新封裝形式的應用，對引線鍵合技術提出更高的要求，除了不斷優化工藝參數外，還需引進更先進的鍵合設備，以提高鍵合精度，確保產品封裝質量更上一層樓。

參考文獻：

[1] SJ/T 11466-2014，紅外遙控接收放大器[S].

[2] 郭繼忠，黃繼昌，申冰冰，等.控制專用集成電路及其應用[M].北京：人民郵電出版社，2006.