半导体封装键合工艺中常见缺陷识别和处理方法

半导体封装键合工艺中常见缺陷识别和处理方法 南京信息职业技术学院李荣茂 2012-07-13##############2012-07-13######2#0#12-07-13######## ,摘 要,本文叙述了键合工艺的概念、键合工艺设备的改进和其产生的各种缺陷的类别。重点研究了键合工艺常见缺陷的类型和 其产生的根本原因。通过对各种缺陷类型的识别，探索其产生的根本原因并找出应对方法，从而增加其合格率。 ,关键词,键合工艺 缺陷 处理方法 1.引言 FORCE 大 POWER是比较适宜的 ;(3)断点靠我们需要调节参数，小 近 随着科技发展的日新月异，电子芯片的使用越来越渗透到各行各 中间，通常问题已经不再参数上了，我们应当仔细观察设备平台，是否 业，而封装技术也应运而生。所谓封装技术是一种将集成电路用“”有异物例如一些小的残留碎片遗留在产品的底部造成损伤，如果确认 绝缘 是这样的情况，及时清理平台残留碎片即可。 的塑料或陶瓷材料打包的技术。封装对于芯片来说不但必须也是至关 4.2 不规则焊球 Defective ball 重要的，它直接影响到了芯片的质量，而 WIRE BOND作 为封装技术中 的一个重要的步骤，其过程中产生的晶体缺陷也是不容忽视的。 2.WIRE BOND 键合工艺 目前主要的芯片连接技术有三种,分别为引线键合，载带焊和倒装 焊，其中前者占键合工艺的 80%以上，在 IC 制造也中得到广泛的应用。 引线键合是半导体封装制程的一站，自晶粒 (Die或 Chip)各电极上，以 金线或铝线进行各式打线结合，再牵线至脚架(Lead Frame)的各内脚处 续行打线以完成回路，这种两端打线的工作称为 WireB ond。Wire bond 图 2 不规则焊球 在芯片封装厂称为前工序，又叫做金属线键合是将 die 的 PAD飞线连 如图 2 所示金线打在芯片上的球并非圆形且球与球的大小厚度还 接到外部封装的 BALL 的工序。 不一样，表示同一粒芯片上的球是不规则的，一粒芯片大约有百来粒 3.键合工艺为什么会产生缺陷 球，有可能只有一到两粒是产生这样异常的，可对质量的影响确是大打 3.1 键合工艺产生缺陷的原因 折扣。面对这样的情况我们分析与设备平台和参数是没有关系的，通常 键合工艺作为整个封装工艺的前道和核心，很多的废品出自这里， 是应用软件出了问题。我们将其正在使用的软件彻底删除然后从别的 它的影响因素很多，通常来料如果产生问题对键合工艺的影响是最大 设备下载我们需要的程序，再将设备重新启动这类问题将迎刃而解。这 的，最简单的是因材料沾污而产生的质量问题。除此之外还有设备参数 的影响十分重要。除了人为的软件和设备操作失误以外设备的问题、前 类问题的难点并不是解决问题而是发现问题，因为它出现异常的概率 并不高，并且难以发现，这需要我们认真观察高度注意才行。 道工序的问题都能产生缺陷。 4.3 双次焊接 Double BOND 3.2 键合工艺主要的工艺参数介绍 3.2.1键 合温度 键合工艺对温度有较高的控制要求。过高的温度不仅会产生过多 的氧化物影响键合质量，并且由于热应力应变的影响，图像监测精度和 器件的可靠性也随之下降。在实际工艺中，温控系统都会添加预热区、 冷却区，提高控制的稳定性。键合温度指的是外部提供的温度，工艺中 更注意实际温度的变化对键合质量的影响。 3.2.2键 合时间 图 3 双次焊接 如图 3 所示很明显我们可以看到一粒芯片上进行了两次运作， 通常的键合时间都在几毫秒，并且键合点不同，键合时间也不一 BOND PAD里有两粒重合的球 ，在 LEAD 上也有两条重合的金线，这些 样。一般来说，键合时间越长，引线球吸收的能量越多，键合点的直径就 缺陷是没有办法弥补的，出现这样缺陷的原因一般是人为的失误，将已 越大，界面强度增加而颈部强度降低。但是过长的时间，会使键合点尺 经运作好的产品进行了错误的再加工才会导致此类情况的发生。不但 寸过大，超出焊盘边界并且导致空洞生成概率增大，温度升高会使颈部 产品失效也浪费了作为原材料的金线和芯片。我们应当提高注意力尽 区域发生再结晶，导致颈部强度降低，增大了颈部断裂的可能。因此合 量避免此类情况的发生。 适的键合时间显得尤为重要。 3.2.3超 声功率与键合压力 4.4 焊球肮脏 GPNS 超声功率对键合质量和外观影响最大，因为它对键合球的变形起 主导作用。过小的功率会导致过窄、未成形的键合或尾丝翘起,过大的 功率导致根部断裂、键合塌陷或焊盘破裂。超声功率和键合力是相互关 联的参数。增大超声功率通常需要增大键合力使超声能量通过键合工 具更多的传递到键合点处，但过大的键合力会阻碍键合工具的运动，抑 制超声能量的传导，导致污染物和氧化物被推到了键合区域的中心，形 成中心未键合区域。 4.常见缺陷的识别 图 4 焊球肮脏 4.1 金线断裂 BROKENW IRE GPNS是一种现象 ，是说我们在 PAD 本应该打上金球的位置却没 有打上，出现了金球的印记或是即使打上了金球也已经变形，与正常的 金球明显不一样。现象虽然简单明了但是其产生的原因却是有很多可 能性，需要我们一一仔细观察和排除。首先分析是设备原因还是原材料 原因。通常我们会用至少两架以上的设备加工同一样产品，这样如果有 两架或两架以上的设备都出现了这个问题，我们基本上肯定是材料出 了问题 。这样我们通过调节设 备 的 参 数 ，给 设 备 最 大 的 FORCE 和 产品POW，ER却只有一架,尽量提高产设备出现这样的情况那么品的合格率。反之，若是好几架是设备本身的原因的可能设备同时加工一批 图 1 金线断裂 如图1 所示打在芯片上的一些金线呈不自然的弯曲和断裂，这时性就很高了。我们需要对设备进行检查，它的SCREW 是否松动了，若是 2012-07-13##############2012-07-13######2#0#12-07-13######## 皮尔逊相关也称为积差相关(或积矩相关)，是英国统计学家皮尔 值图像中的子图像的序列数(分割情况)，纵坐标表示为子图像的相关 逊于 20 世纪提出的一种计算直线相关的方法。Pearson 相关系数用来 系数。从图 4 中可以看出，子图像分割的越多，子图像越小，其子图像序 衡量两个数据集合是否在一条线上面，考察两个变量之间的相关程度。 列数越大，子图像间的相关系数越明显，图像间的差异越明显。 假设有两个变量 X、Y，那么两变量间的皮尔逊相关系数可通过以下公 式计算, N (x-x )(y-y )Σ i i i=1 ρ= N 2 2 (x-x ) (y-Σi i 姨 i=1y ) 两幅二值图像的相对应的子图像的相关系数，r : 求解MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1713524125443_1为ir=ρ(g,g) i12相关系数的绝对值越大，相关性越强，相关系数越接近于 0，相关性 越弱。 4.2 检测实验 实验过程是先将待检测对象在工作台上进行机械定位，通过一束 弱光照射在待检测对象上，待检测对象表面的纹理图清晰突显出来，通 过 CCD摄 像头采集图像传输给计算机，最后进行 MATLAB图 像处理， 提取待检测图像与 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 图像的特征轮廓然后采用特征轮廓对比的方式 进行差异检测，确定其相关性。如图 3 所示，为待检测图像与标准图像 的灰度图像。 图 4 子图像的相关系数 5.结束语 本文通过对待测图像和标准图像进行图像灰度处理、图像边缘检 测加强图像的特征轮廓，并通过对图像进行分割产生子图像序列，对图 图 3 灰度图像 像进行细化，求子图像间的相关系数，由相关系数的大小来确定待测图 对如图 3 中，待测图像与标准图像的两幅灰度图像进行求整体的 像和标准图像的相关性，并成功应用于实际图像检测中，实现了快速确 相关系数为 0.9885，相关性很强，说明两幅图像的总体相似性很大，但 定待测图像轮廓是否存在明显差异。 对图像局部是否存在差异表示不明显。 故在本实验分析中对两幅图像进行图像分割，产生子图像，再对对 参考文献 应的子图像求解子图像间的相关系数，这时能够明确看出不同区域的 1,钱峰.基于相关系数的光流计算方法研究,J,.机电一体化,2006 ,子图像间存在着很大差异，从相关系数图 4 中可以清楚的看出存在差 年第 6 期 异的位置，及其相关系数的大小。同时，子图像的分割情况也对相关系 ,2,胡涛.基于轮廓特征的图像配准,J,.光电工程,2009 年第 11 期 数产生较大的影响。因而在实验图像数据处理时对图像进行不同程度 ,3,于万波.基于 MATLAB的图像处 理,M,.清华大学出版社，2008 的分割。 ,4,胡学容.数字图像处理,M,.电子工业出版社，2006 图 4 为 r1、r2 和 r3 的试验数据分布图，图中的数据反映了不同试 (上接第 156页 ) EFO 的角度是否正确，我们的 CAP和 TORCH需要 样问题的芯片拿到高倍显微镜底下进行仔细的观察，从是否有明显的 垂直成 90 度的角，若是歪了将影响打火的准 头 。必要的话只能对 肮脏和胶水这样的异物黏在芯片上，和芯片的颜色是否泛黄甚至是泛 TORCH进 行更换。通过这一系列的排除、调试相信问题都能得到解决。 红，若是还是无法确定可将加工过的确定没有问题的芯片和出现问题 4.5 焊球错位 MISPLACEB ALL 的芯片进行直接的对比。若是材料的问题我们只能通过调节设备参数 加大它的压力和球的尺寸来改善合格率。若是设备的问题则极有可能 是打火的瓷嘴发生了磨损，我们重新换过即可。需要注意的是当调过这 些参数以后我们需要对产品进行多一次的测试，避免因为参数的调试 产生其它诸如金线高度太矮的问题。 图 5 焊球错位 如图 5 所示这个缺陷也是很严重并且无法返工。是说金球的位置 发生了偏移，已经不在我们可以接受的范围内了。根据要求金球的最佳 位置是在如图白色四方格的正中间，我们把白色四方格叫做 BOND PAD在. BONG PAD的正中 间是最好的，但是若发生一点点的偏离也是 图 6 焊球不连 总之，在键合工艺中针对不同的芯片将键合工艺参数数据设置到 可以接受的，但是只要出了 BOND PAD就不行 ，哪怕只有一点点，因为 在 BOND PAD的外 围其实还有一些金属，我们将金球打在了外围的金 最合适的数值，可以减少芯片的键合缺陷增加芯片的合格率，为节约芯 属上其实已经影响到了芯片的导电性能了。出现这样的问题排除人为 片的成本和提高合格率有着重要的实际意义。 的调节失误以外也有可能是它的软件出现了异常。我们要把原先的软 件进行彻底的删除并 DOWNLOAD 进正确的软件程序再对设备进行重 参考文献 1,王中双.键合图理论及其在系统动力学中的应用.哈尔滨工程,新启动即可。 大 4.6 焊球不连 NONSTCKNG BALL -II学出版社,2001. 如图 6 所示，这种现象是指球打在了 BOND PAD的 区域里可是却 ,2,陈力俊.微电子材料与制程.复旦大学出版社,2005. 没有金线将球拉到 STICH 上。因此我们可以在屏幕上 BOND PAD的 区 ,3,施敏.半导体制造工艺基础.安徽大学出版社,2007. 域里看到球的印记。出现这样的情况也有两种可能性，材料的问题抑或 ,4,旷仁雄，谢飞.25mAu 丝引线键合正交试验研究.半导体技μ是设备问题。除了观察是否是几架设备加工的同一个产品都出现类似 术, 的问题来判断是材料或是设备的问题之外，最直接的方法是将产生这 2010年 4 期 Your requestcould not be processed becauseof a configurationerror: "Could not connect to LDAPserver." For assistance,contact your network support team.