摘 要：本文主要闡述了彈坑、失鋁產(chǎn)生的原因，并提出相應(yīng)的解決辦法。

關(guān)鍵詞：彈坑；失鋁；封裝；壓焊

我們在封裝過程中或產(chǎn)品失效分析時經(jīng)常遇到彈坑與失鋁現(xiàn)象，這種現(xiàn)象給產(chǎn)品的可靠性造成間接或直接的破壞，也是經(jīng)常困擾我們的一個工藝難題。下面結(jié)合我們在生產(chǎn)實踐中的一些經(jīng)驗與大家共同探討這一問題。

1 彈坑、失鋁的定義

彈坑與失鋁是在封裝過程中壓焊芯片時產(chǎn)生的一種現(xiàn)象，有些芯片壓焊過程中借助壓焊機的檢測功能(WBMS)，在高倍顯微鏡下就能直接發(fā)現(xiàn)，有些芯片只有經(jīng)過上機失效后，再進行解剖、腐蝕才能發(fā)現(xiàn)。

彈坑——壓焊時輸出能量過大，使芯片壓焊區(qū)鋁墊受損而留下小洞。具體實驗方法如下：將壓焊后的芯片在不加熱的王水中腐蝕24小時，然后在高倍顯微鏡下觀察，會發(fā)現(xiàn)芯片壓焊區(qū)有針孔大的小洞，顏色呈彩色。

失鋁——壓焊時輸出能量過大，使芯片壓焊區(qū)鋁墊撕裂。將壓焊后的芯片在不加熱的王水中腐蝕24小時，然后在高倍顯微鏡下觀察，會發(fā)現(xiàn)芯片壓焊區(qū)有鋁層脫落現(xiàn)象，顏色呈黑色。

2 彈坑、失鋁產(chǎn)生的原因分析

彈坑、失鋁是制造過程中失效機理之一，其產(chǎn)生的原因可用圖1的魚刺圖形來表示：
            
具體分析如下：

①壓焊過程中工藝參數(shù)設(shè)置不當。我們知道影響壓焊質(zhì)量的參數(shù)主要包括超聲功率、壓力、壓焊時間以及溫度。在超聲熱壓的過程中，雖然金屬流動的各方向相同，但在芯片中堆積缺陷的方向往往在劈刀運動的方向，這說明超聲能量能把缺陷引入到單晶硅中，以至于有造成彈坑與失鋁的可能。通過工藝試驗對經(jīng)過不同功率參數(shù)、壓力、時間以及溫度壓焊完的產(chǎn)品進行分類比較分析，我們發(fā)現(xiàn)，沒有超聲能量或小的超聲能量而只有溫度和壓力是不能引起彈坑與失鋁現(xiàn)象，也就是說超聲功率是引起這一現(xiàn)象的最主要根源。

②假如壓焊前芯片壓焊區(qū)已被污染，那么此時壓焊的工藝參數(shù)必須重新設(shè)置，包括所要求的壓焊質(zhì)量。為保證壓焊的金球剪切強度，被污染的壓焊區(qū)要求有更大的超聲能量和更高的溫度，但這樣就為制造彈坑或失鋁創(chuàng)造了條件。當然壓力也需要調(diào)整，因為最佳的壓焊壓力會產(chǎn)生更有效的能量傳遞，這樣會降低壓焊所需的總能量。

③芯片壓焊區(qū)鋁墊層太薄。在制造大圓片時，因為蒸鋁工藝上的問題或出于成本的考慮會導致一批大圓片出現(xiàn)壓焊區(qū)鋁層結(jié)合不致密或太薄。當壓焊時劈刀在鋁墊上振蕩就比較容易將鋁墊撕裂或留下空洞。

④壓焊夾具是否完全密合、金絲的軟硬、劈刀型號是否選用適當、劈刀安裝是否傾斜都是造成彈坑或失鋁現(xiàn)象的隱患。

3 彈坑與失鋁的解決辦法

彈坑與失鋁是一對孿生姐妹，對某一類芯片而言，隨著超聲功率的不斷變化，彈坑與失鋁出現(xiàn)的頻率也在變化。超聲能量越大出現(xiàn)彈坑的頻率就越高，失鋁出現(xiàn)的頻率相對就低。在解決這一問題時有一個原則，那就是先調(diào)整參數(shù)使內(nèi)焊點打不粘，然后逐步增加功率、壓力以及壓焊時間，直到金球剪切力達到工藝要求為止。不要過分追求過大的剪切力，而追求金球剪切力的CPK值。在實際批量生產(chǎn)過程中會遇到壓焊區(qū)鋁墊面積大小不等的各類芯片，壓焊區(qū)面積大小不同，則解決彈坑與失鋁的辦法也不盡相同。具體情況如下：

①壓焊區(qū)面積較大的芯片(金球直徑尺寸＞75μm)可用加初始壓力(Initial force)的辦法解決。在實踐中經(jīng)常將此數(shù)值設(shè)置到130-180g之間；1st force time的數(shù)值設(shè)置在20-30clocks之間；force ramp time的數(shù)值設(shè)置在20-30clocks之間。這樣在超聲能量沒有加到壓焊區(qū)鋁墊之前，先加一個壓焊初始壓力讓金球先壓扁變形，在超聲功率作用時就有面積較大的金球覆蓋在鋁墊上而不至于將鋁墊撕裂或留下小洞。

②對壓焊區(qū)面積較小的芯片(金球直徑尺寸≤75μm)可用設(shè)置預超聲能量的辦法解決。因為壓焊區(qū)面積小，金球變形不能過大而超出壓焊區(qū)造成短路，因此采用以下的辦法來解決彈坑與失鋁問題。在較大的超聲功率作用前，先加一個小的超聲能量將金球在鋁墊上振蕩壓變形，這樣就可避免因較大的超聲功率作用導致能量過大而將鋁層撕裂或留下小的空洞。當然降低dp的高度，讓壓焊頭以一個較低的速度平緩地運動到芯片壓焊區(qū)鋁墊也是解決彈坑與失鋁的一個有效辦法。(見圖2)
                
總之，隨著芯片壓焊區(qū)鋁墊工藝、材質(zhì)的不同，要隨之調(diào)整壓焊工藝參數(shù)，同時也要做好批量生產(chǎn)前的工藝驗證工作，防止出現(xiàn)彈坑與失鋁現(xiàn)象，使產(chǎn)品的可靠性得以保障。

(轉(zhuǎn)自 中電網(wǎng))