와이어 본딩 결함: 근본 원인, 진단 및 시정 조치

와이어 본딩 결함은 단일 기계 경보나 초음파 출력, 압력 또는 온도의 즉각적인 변화가 아니라 결함의 위치와 고장 모드를 기준으로 진단해야 합니다.

접착 불량 현상은 표면 오염, 산화, 모세관 마모, 불안정한 공기 방울 형성, 불량한 패키지 지지 또는 부적절한 공정 조건과 관련될 수 있습니다. 와이어 단선은 넥, 힐, 루프 또는 2차 접합부에서 시작될 수 있으며, 각 위치는 서로 다른 원인군을 가리킵니다.

이 가이드는 주로 IC, LED 및 개별 반도체 패키징에 사용되는 가는 와이어 볼 본딩에 중점을 둡니다. 진단 원리는 웨지 와이어 및 굵은 와이어 본딩에도 동일하게 적용되지만, 관련 도구, 와이어 제어 시스템 및 합격 기준은 다릅니다.

공정을 조정하기 전에 결함을 파악하십시오.

문제 해결의 첫 번째 질문은 "어떤 매개변수를 높여야 할까요?"가 아니라 "정확히 무엇이 고장났고, 어디에서 고장났으며, 어떤 조건에서 발생했습니까?"입니다.

레시피를 변경하기 전에 다음 정보를 기록해 두세요:

• 기계 모델, 본드 헤드 및 소프트웨어 레시피

• 와이어 재질, 직경, 스풀 및 생산 로트

• 모세관 부품 번호, 설치 시간 및 누적 결합 횟수

• 다이 패드, 리드프레임 또는 기판 마감

• 패키지, 작업 고정 장치 및 히터 상태

• 장치 또는 접합 영역 내의 결함 위치

• 결함이 지속적인지, 간헐적인지, 또는 로트별로 발생하는지 여부와 관계없이

• 파괴 시험 전후의 시각적 외관

• 자재, 공구, 유지보수 또는 기계 설정에 최근 변경 사항이 있었습니다.

전선, 모세관 또는 재료 배치 변경 직후에 발생하는 결함은 여러 생산 시간 후에 점진적으로 발생하는 결함과는 다르게 조사해야 합니다.

고장 발생 위치를 이용하여 검색 범위를 좁히세요.

이 표는 최종 진단이 아닌 출발점일 뿐입니다. 여러 가지 근본 원인이 유사한 외관상 결함을 유발할 수 있으며, 하나 이상의 변동 요인이 동시에 존재할 수도 있습니다.

공이 패드에 도달하기 전에 초기 접착 결함이 발생합니다.

볼 본딩에서 첫 번째 본딩은 안정적인 자유 공기 볼, 적절한 모세관, 본딩 가능한 패드 표면, 그리고 제어된 힘, 초음파 에너지 및 열의 전달에 달려 있습니다.

패드에 달라붙지 않음

패드에 붙지 않음(Non-stick on pad, NSOP)은 첫 번째 접합이 다이 패드와 충분한 접착력을 형성하지 못했음을 의미합니다. 이러한 불량은 기계에서 즉시 감지되거나 검사 및 테스트 중에 발견될 수 있습니다.

가능한 원인은 다음과 같습니다.

• 패드 표면에 유기 오염 물질, 잔류물 또는 산화물이 있음

• 불규칙하거나 산화되었거나 중심에서 벗어난 자유공중볼

• 마모되었거나 오염되었거나 잘못 선택된 모세관

• 초음파 에너지 전달이 불충분하거나 불안정함

• 부적절한 힘, 접착 시간 또는 작업 고정 장치 온도

• 금형 지지 불량, 패키지 이동 또는 워크홀더 불안정

• 패드 금속화층이 너무 얇거나 손상되었거나 의도된 상태를 벗어난 경우

• 정해진 배합과 일치하지 않는 전선 재질 또는 직경

초음파 에너지를 높이면 일시적으로 접착력이 향상될 수 있지만, 오염이 가려지거나 패드 손상이 증가할 수도 있습니다. 공정 범위를 넓히기 전에 표면, 자유 공기 볼 및 툴을 검사해야 합니다.

볼 리프트

볼 리프트는 인장 시험, 후속 처리, 성형 또는 신뢰성 시험 중에 첫 번째 접합부가 패드에서 분리될 때 발생합니다.

생산 과정에서는 접합면 접촉이 제한적이거나 금속학적 연결이 불안정했음에도 불구하고 접합 상태가 양호해 보였을 수 있습니다. 들어 올린 볼의 아랫면, 나머지 패드 표면 및 해당 테스트 결과를 검토하십시오.

계면에서의 깔끔한 분리는 패드 금속이나 하부 다이 재료를 제거하는 고장과는 다른 문제를 시사합니다.

패드 벗겨짐 및 함몰 현상

패드 박리는 패드 금속층의 일부가 떨어져 나가는 현상입니다. 크레이터링은 패드 아래쪽에 손상이 발생하는 것으로, 접합 영역 아래의 유전체 또는 실리콘 구조에 영향을 미칠 수 있습니다.

이러한 실패를 단순히 "결합이 지나치게 강하다"는 증거로만 간주해서는 안 됩니다. 가능한 원인으로는 다음과 같은 것들이 있습니다.

• 과도한 힘 또는 초음파 상호작용

• 더욱 단단한 전선 소재와 민감한 패드 구조의 결합

• 모세관 끝부분이나 모서리 형상이 부적합함

• 다이 또는 패키지 아래쪽 지지력이 부족함

• 패드 접착력이 약하거나 금속화 적층 구조가 부적절함

• 접착 부위 아래의 빈 공간 또는 구조적 약점

패드 손상이 발생했을 때, 패드 구조 및 패키지 지원을 점검하지 않고 특정 매개변수를 반복적으로 줄이는 것은 근본적인 원인을 해결하지 못할 수 있습니다.

2차 접합 결함은 종종 표면 및 공구 문제를 드러냅니다.

두 번째 접합은 첫 번째 볼 접합보다 접촉 면적이 더 작고 얇습니다. 그 결과는 모세관면, 와이어 고정, 말단면 및 테일 형성 순서에 크게 좌우됩니다.

납에 달라붙지 않음

NSOL(Nonstick on Lead)은 스티치 본드가 리드프레임, 기판 또는 패키지 단자에 접착되지 않을 때 발생합니다.

조사하다:

• 단자의 산화, 도금 변형 또는 오염

• 모세혈관 표면 마모 또는 물질 축적

• 모세관 아래에서의 와이어 고정 및 변형

• 2차 결합력, 초음파 반응 및 결합 시간

• 히터 온도 및 작업 홀더와의 패키지 접촉

• 말단 움직임, 굴곡 또는 부적절한 지지

• 전선, 리드프레임 또는 기판 로트 변경

스트립이나 기판의 한 영역에 결함이 집중되어 있는 경우, 전체 레시피를 즉시 변경하기보다는 해당 영역의 평탄도, 지지력 및 온도 분포를 검사하십시오.

봉합 들뜸 및 약한 2차 접착

생산 과정에서는 봉제선이 붙어 있을 수 있지만, 인장 시험이나 이후 취급 과정에서 떨어져 나갈 수 있습니다. 파손이 접합면, 와이어 내부 또는 뒤꿈치 부근에서 발생했는지 확인하십시오.

2차 접합 성능이 불량하면 전선 파단 및 꼬리 형성에도 영향을 미칠 수 있습니다. 꼬리가 고르지 않으면 다음 전선에 불안정한 공기 방울이 생겨 원래의 2차 접합 문제가 나중에 1차 접합 결함으로 나타날 수 있습니다.

이러한 연결 때문에 문제 해결 시에는 각 경보를 개별적인 이벤트로 처리하는 대신 전체 연결 과정을 따라야 합니다.

와이어 및 루프 결함은 움직임, 장력 및 기하학적 구조와 관련이 있습니다.

발뒤꿈치 갈라짐

힐은 접합된 와이어와 상승 루프 사이의 전환 부위입니다. 이 부위의 균열은 과도한 변형, 급격한 모세관 운동, 부적절한 루프 형상, 반복적인 패키지 응력 또는 하류 공정과의 상호 작용으로 인해 발생할 수 있습니다.

확대경을 사용하여 균열의 위치와 방향을 확인하십시오. 접합 직후에 나타나는 균열은 성형, 열 순환 또는 진동 후에 발생하는 균열과는 원인이 다를 수 있습니다.

목뼈 골절

볼 본드 위의 넥 부분은 프리 에어 볼 공정과 후속 루프 동작의 영향을 받습니다. 불규칙한 열영향부, 불량한 볼 중심 또는 과도한 역방향 동작은 넥 강도를 저하시킬 수 있습니다.

검토:

• 와이어 및 스풀 상태

• EFO 전극 위치 및 청결도

• 자유공중볼의 크기와 대칭성

• 모세관 아래에 공이 위치합니다.

• 역방향 운동 및 루프 궤적

• 인장 시험 중 파손 위치

루프 변형 및 와이어 스윕

루프 변형은 높이, 폭, 모양, 방향 또는 간격과 관련될 수 있습니다. 가능한 원인은 프로그래밍된 루프 값 외에도 다양합니다.

와이어 장력 시스템, 클램프 반응, 모세관 운동, 와이어 강성, 패키지 위치 및 기계 교정을 점검하십시오. 성형 전에는 루프가 안정적이었지만 성형 후에 움직이는 경우, 성형 공정 및 패키지 설계도 조사 대상에 포함해야 합니다.

근본 원인을 다섯 가지 그룹으로 분류합니다.

가능한 원인을 분류한 후 검사 방법을 선택하면 신뢰할 수 있는 조사가 더 쉬워집니다.

조사 결과 어느 그룹이 가장 유력한 원인인지 밝혀낸 후에만 매개변수를 변경해야 합니다. 그렇지 않으면 실제 결함은 그대로 남아 있는 동안 한 가지 변동 요인만 일시적으로 보완하게 될 수 있습니다.

신뢰할 수 있는 와이어 본딩 문제 해결 순서

다음 순서는 진단의 핵심입니다. 이는 불필요한 레시피 변경을 줄이고 유용한 증거를 보존하는 데 도움이 됩니다.

1. 실패한 상태를 유지합니다.    재설정 또는 부품 교체 전에 기계, 레시피, 재료 로트, 공구 수명, 결함 이미지, 경보 및 해당 위치를 기록하십시오.

2. 고장 발생 위치를 분류하십시오.    결함이 첫 번째 접합부, 두 번째 접합부, 목 부분, 뒤꿈치 부분, 고리 부분, 와이어 꼬리 부분, 포장 위치 또는 기계 처리 단계 중 어디에 있는지 판단하십시오.

3. 고장 발생 원인을 검토하십시오.    인터페이스 들림, 전선 파손, 패드 손상 및 구조적 결함을 구분하려면 육안 검사와 해당 인장, 전단 또는 전기적 결과를 사용하십시오.

4. 최근 변경 사항을 확인하세요.    새로운 전선, 모세관, 패드, 리드프레임, 기판, 레시피, 유지 보수 작업, 히터 설정, 소프트웨어 또는 작업자 조치를 검토하십시오.

5. 검증된 기준치와 비교하십시오.    안전하게 수행할 수 있는 경우 검증된 물질, 검증된 모세관 또는 이전에 안정적이었던 레시피를 사용하십시오. 한 번에 하나의 제어 변수만 변경하십시오.

6. 기계에서 재료를 분리하세요.    가능한 경우, 문제가 있는 재료를 정상 작동하는 장비에서 테스트하거나, 문제가 있는 장비에서 정상 작동하는 재료를 사용하여 테스트를 진행하십시오.

7. 공구 및 교정 상태를 확인합니다.    모세관 설치, 결합력 교정, EFO 상태, 변환기 상태, 작업 홀더 지지, 히터 안정성 및 비전 정렬을 확인하십시오.

8. 프로세스 창을 개발하거나 복원합니다.    생산 레시피를 반복적으로 시행착오 방식으로 변경하는 대신, 통제된 연구를 통해 공정 변수를 조정하십시오.

9. 결합 과정을 완전히 반복하십시오.    충분한 주기 동안 자유 공기 볼 형성, 첫 번째 결합, 루프, 두 번째 결합, 꼬리 및 다음 볼 형성을 확인하여 간헐적인 오류가 발생하는지 확인하십시오.

10. 시정 조치가 효과가 있었는지 증거를 통해 확인하십시오.    공정 출시 전에 불량률, 육안 검사 결과, 고장 모드 및 기계적 또는 전기적 테스트 결과를 비교하십시오.

경보가 사라졌다고 해서 수정이 확정되는 것은 아닙니다. 채권 결과 및 부도 분포가 합의된 안정적인 상태로 복귀해야 합니다.

실패에 대한 적절한 증거를 사용하십시오.

육안 검사

현미경 검사를 통해 접합 위치, 변형, 꼬리 길이, 루프 높이, 뒤꿈치 상태, 와이어 손상 및 육안으로 보이는 오염을 평가할 수 있습니다. 이미지는 동일한 배율과 조명 조건에서 양호한 예와 불량한 예를 모두 포함해야 합니다.

와이어 당김 테스트

와이어 인장 시험은 접착력, 힐 강도, 루프 거동 및 파손 위치에 대한 정보를 제공할 수 있습니다. 동일한 힘 값이더라도 서로 다른 약점을 나타낼 수 있으므로, 힘 측정 결과와 파손 모드를 함께 기록해야 합니다.

본드 전단 시험

전단 시험은 볼 본드, 범프, 헤비 와이어 본드 또는 기타 구조에 적합할 수 있습니다. 시험 방법, 툴 높이, 방향 및 합격 기준은 평가 대상 인터커넥트와 일치해야 합니다.

단면 및 패드 분석

패드 박리, 크레이터 형성, 표면 아래 균열, 제한적인 계면 형성 또는 패키지 구조 손상이 의심되는 경우 단면 분석이나 추가적인 재료 분석이 필요할 수 있습니다.

기계 공정 모니터링

일부 와이어 본딩 장비는 힘, 초음파 반응, 와이어 변형, 주파수 특성 또는 개별 본딩 공정을 모니터링합니다. 이러한 신호는 변화를 식별하고 추적성을 지원하는 데 유용하지만, 제품별로 한계를 설정하고 실제 본딩 결과와 비교하여 검증해야 합니다.

전기 및 신뢰성 테스트

기계적 접합 결과가 허용 가능한 것처럼 보이지만 현장 조건, 전류, 습도, 온도 또는 반복적인 스트레스로 인해 다른 고장 메커니즘이 드러날 수 있는 경우 전기 테스트 및 패키지 수준 신뢰성 테스트가 중요해집니다.

표면 청소는 증거에 따라 이루어져야 합니다.

표면 오염 및 산화는 NSOP 및 NSOL의 원인이 될 수 있습니다. 오염 물질과 적절한 세척 방법을 파악하면 세척을 통해 접착력을 향상시킬 수 있습니다.

모든 약한 결합 부위에 플라즈마 세척이 필요하다고 가정하지 마십시오. 세척 단계를 추가하기 전에 다음 사항을 확인하십시오.

• 어느 표면이 오염되었거나 산화되었습니까?

• 해당 재료가 제안된 처리를 견딜 수 있는지 여부

• 세척이 표면 마감이나 포장 상태를 변화시키는지 여부

• 세척된 재료를 얼마나 빨리 접착해야 하는가

• 치료받지 않은 기준선과 비교하여 결과를 어떻게 검증할 것인가?

사용 가능한 표면 처리 시스템은 다음을 통해 검토할 수 있습니다. 반자동 플라즈마 세척기 카테고리실제 다이, 리드프레임, 기판 및 오염물질에 대한 공정 호환성을 아직 확인해야 합니다.

모세관 및 교체 부품은 가동 중단 시간 이상의 영향을 미칩니다.

모세관 형상은 볼 형성, 결합 볼 직경, 패드 상호 작용, 루핑, 와이어 그립 및 2차 결합 안정성에 영향을 미칩니다. 따라서 마모 또는 오염은 여러 결함을 동시에 발생시킬 수 있습니다.

모세혈관 문제가 의심되는 경우 검토 시 다음 사항을 기록하십시오.

• 모세관 전체 부품 번호 및 도면 개정판

• 전선 재질 및 직경

• 누적 채권 또는 운영 시간

• 팁, 모따기, 구멍 및 면 상태

• 물질 축적 또는 눈에 보이는 손상

• 교체 전후 불량률

와이어 클램프, EFO 전극, 변환기, 히터, 카메라, 조명, 작업 고정 장치 및 핸들링 부품 또한 공정 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다. 와이어 본더 부품 및 모세관 카테고리 적용 가능한 공구 및 교체 부품을 식별하기 위한 진입점을 제공합니다.

생산 중단이 필요한 조건

다음과 같은 경우 절차를 중단하고 증거를 보존하십시오.

• 패드 박리, 크레이터 발생 또는 다이 손상이 감지되었습니다.

• 제어된 재설정 후에도 동일한 접착 불량 또는 비접착 결함이 반복됩니다.

• 전선이 끊어지면 전도성 물질이 떨어져 나갈 위험이 있습니다.

• 모세관, 변환기, 클램프 또는 EFO 구성 요소가 육안으로 손상되었습니다.

• 힘, 히터, 초음파 또는 비전 교정이 허용 범위를 벗어났습니다.

• 재료 또는 공구 배치 변경 후 불량률이 급격하게 변합니다.

• 기계 경보가 반복적으로 무시되고 있지만 원인을 파악하지 못하고 있습니다.

• 해당 공정은 육안 검사는 통과하지만 필수적인 기계적 또는 전기적 테스트는 통과하지 못합니다.

공정 에너지를 반복적으로 증가시키면서 생산을 계속하면 복구 가능한 접합 문제가 패드 손상, 공구 마모 또는 더 큰 신뢰성 위험으로 이어질 수 있습니다.

와이어 본딩 결함 관련 FAQ

NSOP가 갑자기 증가할 경우 가장 먼저 해야 할 일은 무엇입니까?

불량 샘플을 보관하고 최근 변경 사항을 기록하십시오. 전체 접착 레시피를 변경하기 전에 패드 표면, 기포, 모세관 및 영향을 받은 위치를 검사하십시오.

높은 인장값이 와이어 본딩이 양호하다는 것을 증명하는 것일까요?

그 자체만으로는 충분하지 않습니다. 고장 발생 위치와 양상 또한 중요합니다. 패드 박리, 크레이터 형성 또는 기타 구조적 고장과 함께 높은 결과가 나타난다면 해당 공정이 허용될 수 없음을 의미할 수 있습니다.

접착이 잘 되지 않을 때 초음파 출력을 높여야 할까요?

자동으로 해결되는 것은 아닙니다. 접착력 저하는 오염, 산화, 모세관 마모, 불안정한 볼 형성, 약한 지지력 또는 장비 상태 등 여러 원인으로 발생할 수 있습니다. 원인을 파악하지 않고 출력을 높이면 패드가 손상될 수 있습니다.

새로운 모세관이 1차 및 2차 결합 결함을 모두 해결할 수 있을까요?

이 방법은 마모, 오염 또는 부적절한 형상으로 인한 결함을 해결할 수 있지만 모든 재료, 포장, 교정 또는 공정 문제를 해결할 수는 없습니다. 제어된 조건에서 검증된 모세관의 결과와 비교하십시오.

왜 포장의 특정 부분에서만 결함이 발생하는 걸까요?

위치별 패턴은 작업 홀더 지지, 온도 분포, 패키지 변형, 비전 정렬, 국부 표면 상태 또는 동작 관련 변동을 나타낼 수 있습니다. 전역 매개변수를 변경하기 전에 결함 위치를 매핑하십시오.

최종 권고

와이어 본딩 문제 해결은 매개변수 추측이 아닌 증거를 바탕으로 시작해야 합니다. 고장 위치를 ​​파악하고, 고장 발생 상태를 보존하며, 재료 및 공구 문제와 기계 및 공정 문제를 구분하고, 제어 가능한 요소를 한 번에 하나씩 변경해야 합니다.

육안 검사, 고장 모드 분석, 인장 또는 전단 시험 및 기계 진단을 함께 사용하십시오. 시정 조치는 의도한 접착 결과가 반복적인 주기와 대표적인 생산 조건에서 안정적으로 유지될 때 비로소 완료된 것으로 간주합니다.

사용 가능 와이어 본더 장비해당 공정에 대해 공구 및 교체 부품을 검토할 수 있습니다. 기계 결함이나 반복되는 접합 불량에 대해 논의하려면 접합기 모델, 결함 사진, 와이어 및 모세관 정보, 경보 세부 정보, 최근 공정 변경 사항을 보내주십시오. 세미머신 문의 페이지.