引線鍵合中劈刀動作對線弧的影響

裴開 劉壯華

摘 要 近年來，隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，對半導(dǎo)體封裝技術(shù)提出了更高的要求，引線鍵合作為目前最成熟、應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體芯片封裝的內(nèi)部連接方式，也向著高密度、高效率以及高可靠性方向發(fā)展，這對引線鍵合設(shè)備以及鍵合工藝都提出了更高的要求。本文以引線鍵合線弧成形過程作為研究對象，通過理論分析和實際引線鍵合測試相結(jié)合的方式，分析了線弧成形過程中劈刀動作對線弧最終成形形態(tài)的影響，提出高效率、高可靠性線弧成形的優(yōu)化方式，為半導(dǎo)體芯片引線鍵合中的劈刀動作改善和線弧成形的優(yōu)化提供參考。

關(guān)鍵詞 引線鍵合 線弧成形 劈刀口徑

中圖分類號：TN3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）09-0060-03

現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展迅猛，尤其是近期國家對于半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展進行了強力推動，使得半導(dǎo)體行業(yè)相關(guān)的設(shè)備、技術(shù)得以迅速發(fā)展，而引線鍵合作為目前半導(dǎo)體芯片內(nèi)連技術(shù)中運用最為廣泛的技術(shù)，還存在許多待進一步深入優(yōu)化和完善的問題（如圖1）。

線弧成形作為引線鍵合中最為關(guān)鍵的技術(shù)之一，其可靠性、穩(wěn)定性、適應(yīng)性、效率是引線鍵合的質(zhì)量評定指標(biāo)中重要的一環(huán)，劈刀作為進行熱超聲焊接的主要焊接工具，也作為線弧成形的主要作用部件，劈刀動作以及劈刀本身對線弧的影響，尚有許多待研究、改善的價值。

1 引線鍵合中線弧成形的基本動作

引線鍵合弧形一般包括Q弧形、梯形弧、P弧形、M弧形等，各種線弧成形方法和原理類似，本文以Q弧形和梯形弧的控制動作和參數(shù)調(diào)試方法來進行分析劈刀動作對線弧成形各個節(jié)點的影響，線弧控制的基本動作如圖2所示。

Q弧形和梯形弧的線弧成形動作主要包括：

（1）劈刀第一次反向運動，決定線弧的高度。

（2）劈刀第二次反向運動，決定梯形弧的跨度。（梯形弧特有）

（3）劈刀上升動作放出剩余的線。

（4）劈刀下降動作，將整個線弧牽引拉正，完成線弧成形。

2 劈刀動作對弧形的影響

2.1 第一次反向運動

以Q弧形為例，反向運動的關(guān)鍵參數(shù)有三個，分別是反向高度、反向距離、反向角度，通過控制變量法改變相關(guān)的變量可以得出每個參數(shù)對整個線弧成形的影響方式和作用點（如圖3）。

2.1.1 反向高度

通過調(diào)整弧形運動的不同反向高度（如圖4），可以得到最終線弧的成形形狀，通過形狀對比可以得出，反向高度越高則線弧弧高越高。

2.1.2 反向距離

通過調(diào)整弧形運動的不同反向距離，可以得到最終線弧的成形形狀，通過形狀對比可以得出，反向距離越大則線弧折角越明顯，但過大可能會造成線弧頸部受損，反向距離越小則線弧折角越小，甚至有可能導(dǎo)致拉直線（如圖5所示）。

2.1.3 反向角度

通過參數(shù)調(diào)節(jié)和實際焊線測試情況可知，反向角度越小則弧形越穩(wěn)定，有利于折出一致性更高的線弧，反向角度越大則弧形更平滑，但一致性會降低。

2.2 第二次反向運動（梯形弧）

第二次反向運動為梯形弧特有的動作，用于折出梯形線弧的平行跨度段，其運動方式與第一次反向運動類似，其不同之處在于，第二次反向運動的高度和距離一般來說相對較大，所以使用直接點到點直線運動有可能造成線弧折彎處的長度變長，而使用固定點反向弧線運動可以改善此問題，得到較為一致的弧形折點，有利于最終的穩(wěn)定線弧形成。

2.3 線弧上升

線弧上升動作分很多種，有直線、曲線、折線等多種上升走法，其中三軸聯(lián)合直線運動速度最快，也是最常用的一種運動方式。值得注意的是，在線弧上升動作中，為了盡量避免線與劈刀一起運動將已經(jīng)折好的線弧拉直，應(yīng)盡量減小劈刀與金線之間的摩擦力。一般使用直線上升是比較穩(wěn)定的運動方式，好處在于劈刀與線之間的摩擦力最小，上升過程中線不易被拉直，缺點是動作過慢，對于速度要求高的場合不適用。

2.4 線弧下降

線弧的下降動作決定了最終線弧成形，整個線弧的動作將依據(jù)此動作來決定，線弧下降動作是最容易影響弧形差別的因素之一。把握好劈刀下降的時機對線弧成形的一致性有較大幫助，若劈刀下降過快，可能導(dǎo)致線縮回劈刀里面或者線被向下壓彎，最終導(dǎo)致線弧過短或者造成甩線等問題，更嚴(yán)重的可能會導(dǎo)致留線尾不良，進而影響下一條線的焊接質(zhì)量。在下降之前增加劈刀水平移動距離可以改善這一問題，通過加大水平距離，將線弧下降前的線朝向以及線弧開始下降后的劈刀移動方向偏離垂直方向移動，則會有明顯改善。需要注意的是，線的朝向和水平移動距離的大小與線是否縮回劈刀關(guān)系較大。

當(dāng)線弧較低時，由于線弧中間部分存在膨脹，可能會導(dǎo)致塌線。而且對于一二焊高度差別大、線弧跨度長的產(chǎn)品，此現(xiàn)象更加明顯。影響因素之一是由于線弧下降過程中，劈刀附近的線比較柔軟，導(dǎo)致這部分線會形成向下凸起的形狀，當(dāng)觸碰到焊接面時，由于沒有支撐導(dǎo)致線往下掉，從而導(dǎo)致二焊完成后焊點附近的線與焊盤接觸，最終形成塌線。調(diào)整線弧下降的軌跡，減小線的柔軟性，使用較小的反向角度在二焊附近形成尖銳的線弧折角，可以在一定程度上避免塌線（如圖6）。

3 劈刀口徑對弧形的影響

如圖7所示，H為劈刀口徑，WD為線直徑，選用合適的劈刀有利于線弧的穩(wěn)定成形，劈刀口徑過大，則線與劈刀的摩擦力較小，劈刀與線的接觸不緊密，導(dǎo)致在各個折線動作中，劈刀比較難作用于線，難以折出比較穩(wěn)定的線弧折角，從而導(dǎo)致弧形穩(wěn)定性變差。若劈刀口徑過小，則線弧折角容易形成，但會增加線與劈刀之間的摩擦，可能導(dǎo)致放線不順以及線身受損被刮傷的情況。

因此，針對不用的線徑，選用不同口徑的劈刀至關(guān)重要，一般情況下選用線徑的1.2～1.5倍口徑的劈刀是比較合適的，再針對不同的劈刀進行弧形參數(shù)優(yōu)化，則較容易得到理想的弧形。

4 結(jié)語

綜上所述，本文對引線鍵合中劈刀對線弧的影響進行分析，對劈刀在線弧成形的各個階段中所起到的作用進行詳細闡述，通過參數(shù)調(diào)試對比試驗，以及分析對比得出不同劈刀動作以及劈刀口徑對線弧最終成形的影響，提出弧形穩(wěn)定性優(yōu)化方法以及線弧運動中各個參數(shù)的配合方法，為引線鍵合弧形的穩(wěn)定性持續(xù)優(yōu)化提供思路。[1-4]

參考文獻：

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