功率框架铝丝键合失效与AOI检查

论文摘要

本文研究了功率器件引线框架镍焊盘上铝丝键合焊点脱离和根部断裂失效,利用金相分析和扫描电镜对失效样品进行界面分析和断口分析。然后根据实际键合过程,对键合工具、材料、加载方式进行适当简化,得到铝丝键合有限元分析模型。将模型导入ANSYS/LS-DYNA软件,对整个键合过程进行模拟。分析认为,材料在键合过程中产生足够的变形是两者结合的必要条件。键合参数较小时,镍镀层变形量小,焊点尺寸小,其中间区域“未焊合”面积大,铝镍之间结合强度太低,因而在可靠性试验中容易引发焊点脱离;键合参数较大时,铝丝过度变形,焊点尺寸大,但劈刀对铝丝挤压刮擦容易造成铝丝根部强度削弱,在热循环应力作用下引发根部断裂失效。但实际生产中,所用工艺参数窗口太窄,焊点质量难以控制。为改善键合质量及可靠性,本文提出了降低引线框架上镀镍焊盘硬度的方法。模拟实验结果表明,降低焊盘硬度能有效增大键合工艺窗口,减少不良焊点产生。根据失效分析和模拟实验结果,键合参数不当将使焊点质量及可靠性降低,宏观上则表现为焊点变形不当。用不同工艺参数对镍焊盘上铝丝二焊点进行键合试验,通过焊点外观检查,引线剥离测试、焊点拉力测试、焊点剪切测试以及可靠性试验,发现焊点横向变形量对工艺参数变化非常敏感,能有效反映焊接质量,可作为焊点外观检测的特征参数。随后根据实际情况,从检测精度、检测速度等方面论证了自动外观检查的可行性。针对实际生产中键合设备、人员操作引发的不良,提出用自动光学检测设备对产品全检代替目前广泛采用的人工抽检的方法。初步设计了用于功率器件内部焊点检测的自动光学检测设备。而针对小型高密度封装器件的检测要求,并根据前述焊点外观特征参数,结合实际条件,提出适用于焊点外观检测的简便算法,既能节省成本,又可提高检测效率和可靠性,以实现对键合过程的实时控制,将不良率降低到最小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引线键合技术简介
• 1.2 铝丝超声键合简介
• 1.3 功率器件框架焊盘键合点研究
• 1.4 引线键合焊点外观检查研究
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 功率器件框架焊盘键合点失效分析
• 2.1 失效分析对象
• 2.2 初步失效分析
• 2.3 键合界面分析
• 2.4 断口分析
• 2.5 失效分析结论
• 第3章 镀镍焊盘铝丝二焊点键合过程模拟
• 3.1 键合模型建立
• 3.2 模拟结果分析
• 3.3 焊盘硬度对键合质量的影响
• 3.4 有限元模拟小结
• 第4章 引线键合焊点外观可行性初步研究
• 4.1 引线键合参数选取
• 4.2 键合点变形量及外观检测
• 4.3 焊点性能测试
• 4.4 焊点外观特征与键合工艺
• 4.5 焊点外观检查可行性
• 4.6 小结
• 第5章 引线键合焊点质量自动光学检查的初步研究
• 5.1 检测对象及方法
• 5.2 功率器件引线键合焊点外观检查系统
• 5.3 高密度IC 引线键合点外观检测探讨
• 5.4 自动外观检查应用展望
• 5.5 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录一：已发表论文
• 附录二：温度循环测试标准