Forschung zum Anwendungsprozess von Schneidmessern in Schweißmaschinen für integrierte Schaltkreise

Abstrakt:

Der Keil ist ein entscheidendes Werkzeug im Drahtbondprozess beim Testen integrierter Schaltkreise. Die richtige Keilauswahl bestimmt die Stabilität, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit des Klebeprozesses. Basierend auf der Auswahl und dem Austausch von Keilen für die Drahtbondmaschine ASM-AB339 werden in diesem Dokument die Methoden zur Auswahl und Demontage von Keilen vorgestellt. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die richtige Auswahl des Keils den Verschleiß der Drahtbondausrüstung und der Endfläche der Keilspitze wirksam verringern und so die Lebensdauer beider verlängern kann.

0 Einführung

Die Verpackung integrierter Schaltkreise, auch elektronische Verpackung genannt, ist ein unverzichtbarer Prozess bei der Herstellung von Chips mit integrierten Schaltkreisen und dient als wichtige Brücke zwischen elektronischen Geräten und elektronischen Systemen. Es verbindet nicht nur Schaltkreise, schützt Chips und verbessert die Wärmeleitfähigkeit von Geräten, sondern, was noch wichtiger ist, es verbindet die Aluminium-Pad-Lötstellen auf dem Wafer-Chip über Gold- (oder Kupfer-)Drähte mit den Pins im Leadframe und erzeugt so verschiedene Schaltungseffekte. Der Keil ist ein entscheidendes Werkzeug im Drahtbondprozess beim Testen integrierter Schaltkreise. Es schneidet effizient die zwischen den Gold- (oder Kupfer-)Drähten und den Innenstiften gebildeten Lötstellen und gewährleistet so die Effizienz, Zuverlässigkeit und Stabilität der Produktion integrierter Schaltkreise.

1. Drahtbondprozess

Das Drahtbonden ist ein entscheidender Prozess beim Packen und Testen integrierter Schaltkreise. Die Qualität des Drahtbondprozesses hat einen erheblichen Einfluss auf die elektrische Leistung, Stabilität und Zuverlässigkeit des gesamten verpackten Geräts. Ungefähr 30 % der Ausfälle von Halbleiterbauelementen werden durch Probleme mit der Chipverbindung verursacht; Daher hat die Stärke des Drahtbondens einen erheblichen Einfluss auf die Zuverlässigkeit von Halbleiterbauelementen [1-2].

1.1 Drahtbondmethoden

Der Chip wird an einem Metall-Leadframe befestigt und der Drahtbondprozess wird verwendet, um nacheinander dünne Metalldrähte mit dem Chip und dem Leadframe zu verbinden, um die Verbindung abzuschließen. Beim Drahtbondschweißen werden Methoden wie Erhitzen, Druckbeaufschlagung und Ultraschall verwendet, um die Oxidschicht auf der Oberfläche des zu verbindenden Objekts aufzubrechen, was zu einer plastischen Verformung führt und so einen sehr engen Kontakt zwischen dem Draht und der zu verbindenden Oberfläche und somit die Bildung einer Lötverbindung ermöglicht. Unter den Drahtbondverfahren sind das Thermodruckbonden, das Ultraschallbonden und das thermoakustische Bonden die am häufigsten verwendeten [3–4].

1.2 Drahtbondprozess

1.2.1 Ball-Bonding-Prozess

Der Ball-Bonding-Prozess läuft wie folgt ab: Der Bonddraht wird vertikal in ein zylindrisches Keilwerkzeug eingeführt. Unter Einwirkung eines elektrischen Funkens wird der Draht erhitzt und in einen flüssigen Zustand geschmolzen. Aufgrund der Oberflächenspannung der Flüssigkeit bildet sich eine Kugelform. Der Keil senkt sich ab und übt Druck auf die Lötkugel aus, wodurch sich die Lötkugel mit dem Aluminiumpad des integrierten Schaltkreises verbindet und der Schweißvorgang abgeschlossen wird. Anschließend wird der Keil angehoben und bewegt sich entlang einer vorgegebenen Bahn. Wenn es die innere Stiftposition erreicht, werden Druck und Ultraschallenergie verwendet, um die Schweißung abzuschließen und eine Lötverbindung zu bilden [5-6].

1.2.2 Wedge-Bonding-Prozess

Der Wedge-Bonding-Prozess läuft wie folgt ab: Ein Metalldraht wird in ein voreingestelltes kleines Loch auf der Rückseite des Wedge-Keils eingeführt, sodass der Metalldraht einen Winkel von 30 bis 60 Grad mit der Ebene des Bondbereichs bildet. Anschließend senkt sich der Keilkeil ab, und wenn er den Bondbereich des Lötpads erreicht, drückt er den Metalldraht auf die Oberfläche des Bondbereichs. Zur Vervollständigung der Verbindung kommt Ultraschallschweißen oder thermoakustisches Schweißen zum Einsatz. Anschließend wird der Keil angehoben und bewegt sich entlang einer vorgegebenen Bahn. Wenn es die innere Stiftposition erreicht, schließt es die Schweißung mit Druck und Ultraschallenergie ab, um eine Lötverbindung zu bilden [7].

2. Funktion und Auswahlmethode des Keils

2.1 Funktion des Keils

Der Keil ist eine der Schlüsselkomponenten in der Halbleiterverpackungsausrüstung. Es besteht normalerweise aus Keramik oder Keramikverbundwerkstoffen und umfasst einen Klingenkörper, ein konisches Kernloch (auch Vertikalrichtungsloch genannt) und eine Spitze (Klingenspitze), die sich oben am vorderen Ende des Klingenkörpers befindet. Der Blattkörper und die Spitzenspitze sind rotierende Körper mit der Mittelachse des konischen Kernlochs als Symmetrieachse. Die Funktion des konischen Kernlochs besteht darin, den Bonddraht hindurchzuführen. An der vorderen Öffnung des konischen Kernlochs erweitert sich der Durchmesser des konischen Kernlochs allmählich, d. Darüber hinaus sind die Tangenten auf beiden Seiten des Längsschnitts der Spitzenspitze bogenförmig und bilden so einen bestimmten Winkel mit der Arbeitsfläche, d. h. den Arbeitsflächenwinkel [8-10]. 2.2 Auswahlmethode für Hackmesser

Bei der Auswahl des Trenngeräts sollten Faktoren wie Golddrahtdurchmesser, Aluminium-Pad-Größe, Aluminium-Pad-Abstand und benachbarte Lichtbogenhöhen umfassend berücksichtigt werden.

1) Wählen Sie die Spaltöffnung (H) basierend auf dem Golddrahtdurchmesser. Die Schätzformel lautet: Apertur (H)=Golddrahtdurchmesser + Erfahrungswert (0,5–0,8 mil).

2) Wählen Sie den inneren Fasendurchmesser (DC) basierend auf der Größe des Aluminiumpads. Die Schätzformel lautet: Innenfase-Durchmesser (DC)=Aluminium-Pad-Größe - Erfahrungswert 0,8–0,9 mil.

3) Wählen Sie den Durchmesser des Hackmesserkopfes (D) t basierend auf dem Abstand der Aluminiumplatten. Die Schätzformel lautet: Kopfdurchmesser (D)t=2 × Abstand der Aluminiumpads - Durchschnittlicher Goldkugeldurchmesser.

4) Wählen Sie die Form des Hackmesserkopfes basierend auf benachbarten Bogenhöhen und benachbarten Abständen.

2.3 Durchmesservergleich von Fräser und Golddraht

3.1 Entladen des alten Cutters

Drücken Sie die „ChgCap“-Taste am ASM-AB339-Druckschweißgerät und drehen Sie die Schneidschraube mit einem Drehmomentschlüssel 1–2 Umdrehungen gegen den Uhrzeigersinn, um das alte Schneidgerät zu entfernen.

3.2 Laden des neuen Cutters

1) Auf dem Bildschirm der Druckschweißmaschine ASM-AB339 werden Ladeinformationen angezeigt. Halten Sie den auszutauschenden Fräser mit einer Pinzette in der Mitte fest und führen Sie das obere Ende des Fräsers in das Loch ein, sodass das obere Ende des Fräsers bündig mit der Oberseite abschließt. Stellen Sie das Drehmoment mit einem Schraubenschlüssel im Uhrzeigersinn auf 1,8–2 N ein und ziehen Sie die Messerschraube fest.

2) Drücken Sie zweimal hintereinander die „Enter“-Taste am Pressschweißgerät ASM-AB339.

3) Das Druckschweißgerät ASM-AB339 tritt in die Phase der automatischen Ultraschallerkennung ein.

4) Drücken Sie am Pressschweißgerät ASM-AB339 zweimal hintereinander die Taste „Stopp“.

5) Drücken Sie die „Enter“-Taste am Pressschweißgerät ASM-AB339. Drücken Sie 1, um die Kapillarstatistiken zurückzusetzen, und drücken Sie dann die Eingabetaste, um fortzufahren. Drücken Sie erneut „1“, um die Kapillarzählung zu löschen.

6) Drücken Sie die „Enter“-Taste am Pressschweißgerät ASM-AB339. Richten Sie das Fadenkreuz auf den Stift aus (L/F) und drücken Sie dann erneut die Eingabetaste, um eine Markierung auf dem Stift mit der Kapillare zu machen. Bewegen Sie das Bedienfeld, bis das Fadenkreuz mit der Mitte der Markierung übereinstimmt.

7) Auto tch fir lvl: Automatische Anpassung des horizontalen Abstands (Höhe der Zündstange) zwischen der Zündstange und dem Schneidmesser: A=Ja B=Nein STOP=Beenden. Drücken Sie „A“, um Folgendes anzuzeigen: „Adjust fir lvl“ stellt den horizontalen Abstand zwischen dem Zündstab und dem Schneidmesser ein. Verwenden Sie die Aufwärts- und Abwärtspfeiltasten, um den Schneidmesserkopf (Spitze) auf eine Höhe mit dem Schussstangenkopf (Spitze) zu bringen, und drücken Sie dann „Eingabe → Stopp“, um den Vorgang zu beenden.

8) Drücken Sie Umschalt+StrgSr/EFO, um die Höhe zu messen.

4. Fazit

Durch Untersuchungen zum Auswahl- und Austauschprozess der Schneidklingen für die Druckschweißmaschine ASM-AB339 werden eine effektive Methode zur Auswahl von Schneidklingen und eine Standardspezifikation für den Austauschprozess der Schneidklingen für die Druckschweißmaschine ASM-AB339 und ähnliche Druckschweißmaschinen vorgeschlagen. Dies hat erhebliche praktische Auswirkungen auf die Verbesserung der Lebensdauer von Druckschweißgeräten und Schneidmessern.