分立半導體元器件焊點缺陷解決策略

王嘉駒

（威世（中國）投資有限公司，上海，200231）

分立半導體元器件焊點缺陷解決策略

王嘉駒

（威世（中國）投資有限公司，上海，200231）

在對半導體封裝測試的過程中，需要對其中的芯片加以焊接，要在半導體成品芯片的焊盤上植球，采用引線鍵合工藝，準確地將焊球焊接在半導體芯片的焊盤中央。然而，由于存在焊點廢品的產品失效現象，因而，要針對半導體元器件焊點缺陷的問題進行分析，并探討解決對策。

半導體；元器件；焊點

0 引言

為了提升半導體產品的使用質量，減少半導體產品的廢品率，最大程度上滿足用戶的需求。我們要關注半導體產品的引線焊接工藝，針對焊接過程中出現的焊球偏移的焊點缺陷現象，加以全面的分析和研究，尋找焊點缺陷的出現原因，并提出解決對策，以提升半導體產品的質量，增強設備的能力。

1 分立半導體元器件焊點缺陷的概念分析

在分立半導體元器件中的芯片焊接工藝之中，是通過熱壓超聲焊接法，借助于焊針的控制系統，在高壓放電的條件下，加入一定的焊接力，超聲板也同時輸出超聲波，經過能量轉換之后作用于焊針的尖端部位。在上述焊接力、超聲波、熱度的共同作用條件下，焊球與芯片鋁焊盤產生共晶結合，實現焊接工序。

在對分立半導體元器件的芯片進行焊接的過程中，會存在焊球偏移的現象。這主要是由于金鋁球鍵合的焊接過程之中，焊球沒有對準芯片焊盤，發生了偏移，這就使焊球和焊盤之間形成虛焊，導致分立半導體元器件失效。如果焊球與焊盤發生極為微小的偏差，則會造成虛焊，難以及時發現，會出現斷路或短路的現象，對分立半導體元器件產生不可彌補的損傷。

2 分立半導體元器件焊點缺陷的原因分析

2.1 分立半導體元器件焊接平臺影響因素

在對分立半導體元器件焊接的過程中，其硬件主要是X/Y自由度定位焊接平臺，它是引線鍵合工藝設備的重要部件。在芯片焊接加工的過程中，由于封裝速度加快，導致X/Y平臺自由度定位焊接平臺產生高速和高頻起停下的振蕩，這就使焊接過程中的平臺定位精度出現偏差，導致出現焊點缺陷。

2.2 分立半導體元器件焊接中的人為因素

分立半導體元器件焊接過程中，需要人為對劈刀Offset進行校正，尤其是在焊接加工過程中需要更換焊針，在對焊針進行更換的操作中，需要人工對十字線加以校正，要進行偏移補償，如果偏移補償軟件無法滿足偏移量，則需要技術人員對螺釘加以預調，確保十字光標中心和焊接點中心完全重合。

2.3 分立半導體元器件產品型號差異因素

分立半導體產品的主流型號主要是SOD923、SOD323等，在市場競爭加大的形勢下，分立半導體產品的芯片尺寸不斷向小型化方向傾斜，焊盤與焊球之間的距離尺寸也在不斷接近，這也是導致設備在小焊盤的芯片上焊接的廢品出現的因素之一。

2.4 換能器散熱空氣的影響因素

在對分立半導體元器件進行焊接的過程中，由于外部溫度的變化狀態，會導致金屬構件的焊接頭產生熱膨脹和收縮狀態，導致焊頭的大小及形狀發生變化，這也是導致分立半導體元器件焊點缺陷的產生原因之一，極大地降低了焊接頭的定位精度。

2.5 鍵合點的影響因素

在對分立半導體元器件進行焊接的過程中，熱超聲鍵合是關鍵性的因素，它涉及多個條件，具體包括以下幾種：一是焊針尺寸。焊針材料主要有陶瓷、鎢合金，它們具有高密度、抗磨損和抗氧化的能力，重要的尺寸主要有焊針頂端直徑H、內錐角的開放直徑CD、T型頂直徑、圓角半徑R、面角FA、外錐角CA等。這些尺寸參數在鍵合焊接的過程中，有重要的影響。二是換能器超聲系統。在引線鍵合工藝的超聲波焊線過程之中，換能器將電信號轉換為超聲波，進行能量傳輸，采用高頻超聲粘接方式，對于焊接效果也有一定的影響。三是焊接力及焊接時間。焊接時的焊接力如果壓力過大，也會導致焊點缺陷而失效。對于球焊的過程中出現的不規則劈刀，也會使粘接球產生與焊盤的偏移。四是芯片表面的污染對于焊點缺陷也有影響。如果芯片的表面有污染，導致金線或焊盤受到污染，就會對焊點缺陷造成一定的影響。

3 分立半導體元器件焊點缺陷的解決實驗方案

3.1 芯片焊接

首先，我們先對分立半導體元器件的芯片焊接過程，加以分析，我們可以通過以下圖示，清晰地看到分立半導體元器件的芯片焊接工序：

圖1 圖像處理系統框架圖

在上述芯片定位的焊接過程中，系統中的攝像頭、硬件部分、換能器、劈刀都與焊接的定位精度直接相關。我們可以通過對上述舊的圖像處理系統中的焊球位置與新系統的焊球位置相比較，從而提高對分立半導體元器件的焊接質量和精度。

3.2 設定焊接過程的相關參數

在新系統之中，采用SDW35焊線機實施焊線工序，這種設備可以在高精度的焊頭條件下，實現良好而穩定的控制，在DOS系統的界面之下，進行相關參數的設定并簡便地實現操作。其中的負載傳感器可以實現焊接的自動檢測，從而確保芯片焊接的質量和精度。

在芯片焊接的過程中，具體的參數包括有：（1）保證室溫～500℃的溫度控制，從而保持在這個溫度范圍內的熱變形，不會導致框架發生變化，確保了框架的穩定性。（2）沖擊力和速度參數。在SDW35設備運用條件下，沖擊力的參數設定為0～80gf，速度的參數設定為0～8。（3）超聲能量參數。它可以自動精準地調整和控制超聲能量，其工作頻率為65KHZ，可調節的范圍設定在0～80mW。（4）焊接力參數。在SDW35設備的運用條件下，焊接力的參數設定范圍在0～80gf之間。（5）焊接時間參數。在中央控制板和程序的精準控制之下，焊接時間參數設定為0～30ms。

3.3 測試焊球的位置

焊球位置的測試儀器可以采用OLYMPUS MMFP-TR電子顯微鏡系統，它對焊球位置的測試精度可以達到0.0001mm。可以將實驗過程中的沖擊壓力、速度焊接力、超聲等，進行分析和測試，在對數據進行具體的分析前提下，實現對焊球位置的準確測試，從而確保焊球的定位精度。

4 結束語

在對分立半導體元器件進行焊接的過程中，要注重對焊點缺陷部位的查找，分析導致焊球偏移的原因，對這種焊點缺陷的現象加以全面的研究，并采用一定的對策和實驗方案，對其進行優化，以提升焊接的質量和精度。

[1] 陳佳溪.基于PMAC焊線機控制系統研究及應用[D]. 廣東工業大學 2013

[2] 胡永恒.銅線鍵合中金屬焊盤鍵合深度研究[D]. 電子科技大學 2012

Solving Strategy of Solder Joint Defects in Discrete Semiconductor Components

Wang Jiaju
（Vishay (China) Investment Co., Ltd. Shanghai 200231）

In the semiconductor packaging test process, the need for the chip to be welded to the chip in the semiconductor chip solder ball, the use of wire bonding process, the ball will be accurately welded to the center of the semiconductor chip pad. However, due to the existence of solder joint waste product failure phenomenon, therefore, to address the problem of solder joint defects in semiconductor components, and explore solutions.

semiconductor; component;Solder joint