Defecten in draadverbindingen moeten worden vastgesteld op basis van de locatie en de aard van het defect, en niet op basis van een enkel machinealarm of een onmiddellijke verandering in ultrasoon vermogen, kracht of temperatuur.
Een probleem met de hechting kan te maken hebben met oppervlakteverontreiniging, oxidatie, capillaire slijtage, onstabiele vorming van luchtbellen, slechte ondersteuning van de verpakking of een ongeschikt procesvenster. Een draadbreuk kan beginnen bij de hals, hiel, lus of tweede verbinding, waarbij elke locatie wijst op een andere groep mogelijke oorzaken.
Deze handleiding richt zich voornamelijk op het verbinden van dunne draden met behulp van ball bonding, zoals gebruikt in IC-, LED- en discrete halfgeleiderverpakkingen. Hetzelfde diagnostische principe is ook van toepassing op wedge bonding en het verbinden van dikke draden, hoewel de gereedschappen, draadcontrolesystemen en acceptatiecriteria hiervoor verschillen.
Identificeer het defect voordat u het proces aanpast.
De eerste vraag bij het oplossen van problemen is niet: "Welke parameter moet worden verhoogd?", maar: "Wat is er precies misgegaan, waar is het misgegaan en onder welke omstandigheden is het gebeurd?"
Noteer de volgende informatie voordat u het recept wijzigt:
Machinemodel, verbindingskop en softwarerecept
Draadmateriaal, diameter, spoel en productielot
Capillair onderdeelnummer, installatietijd en opgebouwd aantal verbindingen
Matrijspad, leadframe of substraatafwerking
Toestand van de verpakking, de werkstukhouder en de verwarming
Locatie van het defect binnen het apparaat of het verbindingsgebied
Of het defect nu continu, intermitterend of batchafhankelijk is.
Visuele verschijningsvorm voor en na destructieve testen
Recente wijzigingen in materiaal, gereedschap, onderhoud of machine-instellingen.
Een defect dat direct na een draad-, capillair- of materiaalwisseling optreedt, moet anders worden onderzocht dan een defect dat zich geleidelijk ontwikkelt na vele productie-uren.
Gebruik de locatie van de storing om de zoekopdracht te verfijnen.
| Geconstateerd defect | Locatie of storingsmodus | Te onderzoeken gebieden |
|---|---|---|
| Antiaanbaklaag op de pad | De eerste verbinding hecht niet aan de chip. | Padverontreiniging, oxidatie, vrije-luchtbalconditie, capillaire werking, hechtkracht, ultrasone overdracht, warmte en verpakkingsondersteuning |
| Kogellift | De bal die aan de pad vastzit, kan tijdens de productie of het testen loskomen. | Interfacekwaliteit, padoppervlak, balvervorming, capillaire geometrie, procesvenster en padstructuur |
| Afbladdering of kratervorming van de pad | Het kussen of het materiaal eronder is beschadigd of verwijderd. | Overmatige mechanische spanning, harde draad, capillaire geometrie, pakketondersteuning, padconstructie en onderliggende chipstructuur |
| Antiaanbaklaag op lood | De tweede binding hecht zich niet aan het leadframe of het substraat. | Oppervlakteafwerking, oxidatie, verontreiniging, capillair oppervlak, draadklem, parameters van de tweede verbinding en stabiliteit van de verwarming |
| Hechting lift | De tweede verbinding scheidt zich tijdens een trektest of bij het hanteren. | Contactoppervlak van de tweede verbinding, afwerking van de draad, capillaire slijtage, draadconditie, ultrasone overdracht en staartvolgorde |
| Heel crack | De draad scheurt vlakbij de overgang van de verbinding naar de lus. | Lustraject, capillaire beweging, bindingsvervorming, draadeigenschappen, herhaalde mechanische spanning en pakketbeweging |
| Nekbreuk | De draad breekt boven de kogelverbinding of het door hitte beïnvloede gebied. | Vorming van de bal in de vrije lucht, EFO-conditie, draadkwaliteit, lusbeweging en nekgeometrie |
| Korte staart of ontbrekende bal | De volgende vrije-luchtbal kan zich niet correct vormen. | Klemtijd, sterkte van de tweede verbinding, draadscheur, staartlengte, EFO-elektrode en draadaanvoer |
| variatie in lushoogte | Lussen verschillen in hoogte, vorm of speling. | Draadspanning, klemreactie, capillaire beweging, recept, draadstijfheid, werkstukhouderpositie en machinekalibratie |
| Fout in bindingspositie | De verbinding is verschoven ten opzichte van de beoogde pad- of leadlocatie. | Beeldherkenning, belichting, referentiepunten, patrooninstructie, podiumkalibratie, pakketverplaatsing en herhaalbaarheid van de werkstukhouder. |
Deze tabel is een uitgangspunt en geen definitieve diagnose. Verschillende oorzaken kunnen een vergelijkbaar zichtbaar defect veroorzaken, en er kunnen meerdere bronnen van variatie tegelijkertijd aanwezig zijn.
Eerste bindingsdefecten ontstaan al voordat de bal het kussen bereikt.
Bij ball bonding is de eerste verbinding afhankelijk van een stabiele, vrij zwevende bal, een geschikte capillaire buis, een hechtbaar padoppervlak en een gecontroleerde overdracht van kracht, ultrasone energie en warmte.
Antiaanbaklaag op de mat
Een niet-aanhechtende pad, vaak afgekort tot NSOP, betekent dat de eerste hechting onvoldoende hechting met de matrijspad heeft bereikt. De fout kan direct door de machine worden gedetecteerd of tijdens inspectie en testen worden ontdekt.
Mogelijke oorzaken zijn onder andere:
Organische verontreiniging, resten of oxiden op het oppervlak van de pad.
Een onregelmatige, geoxideerde of excentrische free-air bal
Een versleten, verontreinigde of verkeerd geselecteerde capillaire
Onvoldoende of instabiele ultrasone energieoverdracht
Ongepaste kracht, verbindingstijd of temperatuur van de werkstukhouder.
Slechte matrijsondersteuning, beweging van het pakket of instabiliteit van de werkstukhouder.
De metaalcoating van de pad is te dun, beschadigd of niet in de beoogde staat.
Een draadmateriaal of -diameter die niet overeenkomt met het vastgestelde recept.
Het verhogen van de ultrasone energie kan de hechting tijdelijk verbeteren, maar het kan ook verontreiniging maskeren of de schade aan de pads verergeren. Het oppervlak, de bal in de vrije lucht en het gereedschap moeten worden geïnspecteerd voordat het procesvenster wordt verruimd.
Kogellift
Een kogelloslating treedt op wanneer de eerste verbinding loslaat van de pad tijdens een trektest, verdere verwerking, vorming of betrouwbaarheidstest.
De verbinding leek tijdens de productie wellicht acceptabel, terwijl er sprake was van beperkt contact tussen de componenten of een instabiele metallurgische verbinding. Bekijk de onderkant van de opgetilde kogel, het resterende contactoppervlak en het bijbehorende testresultaat.
Een duidelijke scheiding aan de interface duidt op een ander probleem dan een defect waarbij padmetaal of onderliggend chipmateriaal wordt verwijderd.
Afbladdering en kratervorming van de remblokken
Pad peeling verwijdert een deel van de metaalcoating van de pad. Cratering duidt op schade onder de pad en kan de diëlektrische of siliciumstructuren onder het verbindingsgebied aantasten.
Deze tekortkomingen mogen niet simpelweg worden beschouwd als bewijs dat de band "te sterk" is. Mogelijke oorzaken zijn onder meer:
Overmatige kracht of ultrasone interactie
Een harder draadmateriaal in combinatie met een gevoelige padstructuur.
Ongeschikte capillaire punt of afschuininggeometrie
Onvoldoende ondersteuning onder de chip of het pakket.
Slechte hechting van de pads of een ongeschikte metallisatiestapel
Holtes of structurele zwakte onder het hechtingsgebied
Wanneer er schade aan de pad optreedt, lost het herhaaldelijk verlagen van één parameter zonder de padconstructie en de verpakkingsondersteuning te onderzoeken mogelijk niet de onderliggende oorzaak op.
Defecten in de tweede hechtlaag wijzen vaak op problemen met het oppervlak en de gereedschappen.
De tweede verbinding heeft een kleiner en dunner contactoppervlak dan de eerste kogelverbinding. Het resultaat hangt sterk af van het capillaire oppervlak, de draadgreep, het eindoppervlak en de volgorde van staartvorming.
Antiaanbaklaag op lood
Non-stick on lead, ofwel NSOL, treedt op wanneer de hechtverbinding niet goed hecht aan het leadframe, het substraat of de aansluiting van de behuizing.
Onderzoeken:
Oxidatie, variaties in de beplating of verontreiniging op het uiteinde
Capillaire slijtage van het gezicht of ophoping van materiaal
Draadgrijping en vervorming onder de capillaire
Tweede bindingskracht, ultrasone respons en bindingstijd
Temperatuur van de verwarming en contact van het pakket met de werkstukhouder.
Terminale beweging, buiging of onvoldoende ondersteuning
Wijzigingen in de productiebatch van draad, leadframe of substraat
Als defecten zich ophopen in één gebied van een strip of substraat, controleer dan de plaatselijke vlakheid, de ondersteuning en de temperatuurverdeling in plaats van het hele recept direct aan te passen.
Hechting loslaten en zwakke tweede verbindingen
Een steek kan tijdens de productie vast blijven zitten, maar loslaten tijdens een trektest of bij latere handelingen. Onderzoek of de breuk is opgetreden bij de verbinding, in de draad zelf of nabij de hiel.
Een zwakke tweede verbinding kan ook draadbreuk en draaduitlopers veroorzaken. Een inconsistente draaduitloper kan vervolgens een instabiele, losse luchtbel voor de volgende draad creëren, waardoor het oorspronkelijke probleem met de tweede verbinding later als een defect in de eerste verbinding naar voren komt.
Dit verband is de reden waarom het oplossen van problemen de volledige verbindingscyclus moet volgen in plaats van elk alarm als een geïsoleerde gebeurtenis te behandelen.
Draad- en lusdefecten wijzen op beweging, spanning en geometrie.
Hielscheuren
De hiel is de overgang tussen de gelijmde draad en de opstijgende lus. Scheuren in dit gebied kunnen ontstaan door overmatige vervorming, sterke capillaire beweging, een ongeschikte lusgeometrie, herhaalde spanningen in de behuizing of interactie met processen verderop in het proces.
Controleer de locatie en richting van de scheur onder een microscoop. Een scheur die direct na het verlijmen ontstaat, kan een andere oorzaak hebben dan een scheur die zich ontwikkelt na het vormen, thermische cycli of trillingen.
Nekbreuken
De hals boven een balverbinding wordt beïnvloed door het proces van de vrije lucht-bal en de daaropvolgende lusbeweging. Een onregelmatig, door warmte beïnvloed gebied, een slechte centrering van de bal of een agressieve achterwaartse beweging kunnen de sterkte van de hals verminderen.
Beoordeling:
Conditie van draad en spoel
Positie en reinheid van de EFO-elektrode
Grootte en symmetrie van een luchtbal
Balpositie onder de haarvaten
Omgekeerde beweging en lusvormige trajectorie
Breeklocatie tijdens pull-testen
Lusvariatie en draadvegen
Variaties in de regelkring kunnen betrekking hebben op hoogte, overspanning, vorm, richting of speling. Mogelijke oorzaken reiken verder dan de geprogrammeerde regelkringwaarden.
Controleer het draadspansysteem, de klemreactie, de capillaire beweging, de draadstijfheid, de positie van de behuizing en de machinekalibratie. Als de lus stabiel is vóór het spuitgieten, maar daarna beweegt, moeten ook het spuitgietproces en het ontwerp van de behuizing in het onderzoek worden betrokken.
Verdeel de hoofdoorzaken in vijf groepen.
Een betrouwbaar onderzoek verloopt soepeler wanneer mogelijke oorzaken worden gegroepeerd voordat tests worden geselecteerd.
| Oorzaakgroep | Typische voorbeelden | Nuttige isolatiemethode |
|---|---|---|
| Materiaal en oppervlak | Verontreiniging van de contactvlakken, oxidatie van de contactvlakken, variaties in de galvanisatie, verandering van draadbatch, gietresten of instabiele metallisatie | Vergelijk met bekend goed materiaal, inspecteer oppervlakken, controleer binnenkomende partijen en evalueer de reiniging waar nodig. |
| Gereedschap en verbruiksartikelen | Capillaire slijtage, verkeerde geometrie, vervuild gereedschapsoppervlak, beschadigde EFO-elektrode, instabiele draadspoel of versleten klem | Installeer een gevalideerd hulpmiddel of verbruiksartikel en vergelijk het resultaat onder dezelfde procesomstandigheden. |
| Procesparameters | Ongepaste kracht, ultrasone respons, tijd, temperatuur, EFO, gas, lus- of klemvolgorde | Keer terug naar een bekende basislijn en voer een gecontroleerd procesvensteronderzoek uit. |
| Machineconditie | Transducerdegradatie, drift in de krachtkalibratie, instabiliteit van de verwarming, bewegingsfout, beeldafwijking of slechte ultrasone koppeling | Gebruik kalibratiegegevens, diagnoseapparatuur, beproefd materiaal en herhaalde tests op verschillende machineposities. |
| Verpakking en afhandeling | Onvoldoende ondersteuning van de werkstukhouder, beweging van de matrijs, kromtrekking van het substraat, onjuiste indexering, trillingen van de behuizing of mechanische spanning verderop in het proces. | Controleer de ondersteuning, vlakheid, klemming, positioneringspatroon en de toestand vóór en na latere processen. |
Een parameterwijziging mag pas worden doorgevoerd nadat uit het onderzoek is gebleken welke groep waarschijnlijk verantwoordelijk is. Anders kan één bron van variatie tijdelijk worden gecompenseerd, terwijl het werkelijke defect blijft bestaan.
Een betrouwbare procedure voor het oplossen van problemen met draadverbindingen
De volgende stappen vormen de kern van de diagnose. Ze verminderen onnodige receptwijzigingen en helpen bruikbaar bewijsmateriaal te bewaren.
Behoud de mislukte toestand. Noteer de machine, het recept, de materiaalpartij, de levensduur van het gereedschap, de afbeelding van het defect, het alarm en de betreffende positie voordat u onderdelen reset of vervangt.
Classificeer de locatie van de storing. Bepaal of het defect zich bevindt bij de eerste verbinding, de tweede verbinding, de hals, de hiel, de lus, het uiteinde van de draad, de verpakkingspositie of de fase van de machineverwerking.
Analyseer de aard van de storing. Gebruik visuele inspectie en de bijbehorende trek-, schuif- of elektrische resultaten om onderscheid te maken tussen loslating van de interface, draadbreuk, beschadiging van de pad en structurele defecten.
Bekijk de recente wijzigingen. Controleer nieuwe draad, capillair, pad, leadframe, substraat, recept, onderhoudswerkzaamheden, verwarmingsinstellingen, software of handelingen van de operator.
Vergelijk met een bewezen, betrouwbaar referentiepunt. Gebruik geverifieerd materiaal, een geverifieerde capillaire buis of een eerder stabiel recept waar dit veilig kan worden gedaan. Wijzig telkens één gecontroleerde factor.
Scheid het materiaal van de machine. Test het verdachte materiaal, indien mogelijk, op een testopstelling waarvan bekend is dat deze goed werkt, of test het verdachte materiaal op de machine waarvan bekend is dat deze goed werkt.
Controleer de gereedschappen en de kalibratie. Controleer de installatie van de capillairen, de kalibratie van de hechtkracht, de toestand van de EFO, de status van de transducer, de ondersteuning van de werkstukhouder, de stabiliteit van de verwarming en de uitlijning van het beeld.
Ontwikkel of herstel het procesvenster. Pas procesvariabelen aan door middel van een gecontroleerde studie in plaats van herhaaldelijk productierecepten te wijzigen via een trial-and-error-methode.
Herhaal de volledige hechtingscyclus. Controleer de vorming van de luchtbal, de eerste verbinding, de lus, de tweede verbinding, de staart en de volgende bal gedurende voldoende cycli om intermitterende storingen aan het licht te brengen.
Onderbouw de corrigerende maatregel met bewijsmateriaal. Vergelijk het defectpercentage, het visuele resultaat, de aard van de storing en de resultaten van mechanische of elektrische tests voordat het proces wordt vrijgegeven.
Een correctie is niet bevestigd enkel omdat het alarm verdwijnt. Het resultaat van de verbinding en de verdeling van de fouten moeten terugkeren naar een overeengekomen stabiele toestand.
Gebruik het juiste bewijsmateriaal voor het falen.
Visuele inspectie
Microscopisch onderzoek kan de positie van de verbinding, vervorming, staartlengte, lushoogte, hielconditie, draadbeschadiging en zichtbare verontreiniging beoordelen. De afbeeldingen moeten zowel acceptabele als defecte voorbeelden bevatten, onder consistente vergroting en belichting.
Draadtrekproef
Een trekproef met draad kan informatie verschaffen over de hechtsterkte, de sterkte van de hiel, het gedrag van de lus en de locatie van de breuk. Noteer het krachtresultaat samen met de breukmodus, omdat gelijke krachtwaarden verschillende zwakke plekken kunnen aangeven.
Bindingsschuifproef
Schuifproeven kunnen geschikt zijn voor kogelverbindingen, bump-verbindingen, dikke draadverbindingen of andere structuren. De testmethode, gereedschapshoogte, richting en acceptatiecriteria moeten overeenkomen met de te evalueren interconnectie.
Dwarsdoorsnede- en padanalyse
Dwarsdoorsnedeonderzoek of nader materiaalonderzoek kan nodig zijn wanneer er vermoeden bestaat van afbladdering van de pads, kratervorming, scheuren onder het oppervlak, beperkte interfaciale vorming of schade aan de verpakkingsstructuur.
Machineprocesbewaking
Sommige draadverbindingsapparaten bewaken de kracht, de ultrasone respons, de draadvervorming, het frequentiegedrag of de afzonderlijke verbindingsstappen. Deze signalen kunnen veranderingen identificeren en de traceerbaarheid ondersteunen, maar hun limieten moeten voor het product worden vastgesteld en geverifieerd aan de hand van de fysieke verbindingsresultaten.
Elektrische en betrouwbaarheidstesten
Elektrische testen en betrouwbaarheidstesten op pakketniveau worden belangrijk wanneer de resultaten van de mechanische verbindingen acceptabel lijken, maar de omstandigheden in het veld, zoals stroomsterkte, vocht, temperatuur of herhaalde belasting, een ander falingsmechanisme aan het licht kunnen brengen.
Oppervlaktereiniging dient te gebeuren op basis van bewijsmateriaal.
Oppervlakteverontreiniging en oxidatie kunnen bijdragen aan NSOP en NSOL. Reiniging kan de hechting verbeteren als de aard van de verontreiniging en de gekozen reinigingsmethode bekend zijn.
Ga er niet van uit dat elke zwakke verbinding plasmareiniging vereist. Bepaal voordat u een reinigingsstap toevoegt:
Welk oppervlak is verontreinigd of geoxideerd?
Of het materiaal de voorgestelde behandeling kan verdragen.
Of de reiniging de oppervlakteafwerking of de staat van de verpakking verandert.
Hoe snel het gereinigde materiaal moet worden gehecht.
Hoe het resultaat zal worden geverifieerd aan de hand van een onbehandelde basislijn.
Beschikbare oppervlaktevoorbereidingssystemen kunnen worden bekeken via de Semi-machine plasmareiniger categorieDe procescompatibiliteit moet nog worden bevestigd voor de daadwerkelijke chip, leadframe, substraat en verontreiniging.
Capillairen en vervangingsonderdelen hebben meer gevolgen dan alleen stilstandtijd.
De capillaire geometrie beïnvloedt de bolvorming, de diameter van de gebonden bol, de interactie tussen de pads, lusvorming, draadgrip en de stabiliteit van de tweede verbinding. Slijtage of vervuiling kan daarom meerdere defecten tegelijk veroorzaken.
Bij het beoordelen van een vermoedelijk capillair probleem, noteer het volgende:
Volledig capillair onderdeelnummer en tekeningrevisie
Draadmateriaal en diameter
Opgebouwde obligaties of bedrijfstijd
Toestand van punt, afschuining, gat en vlak
Ophoping van materiaal of zichtbare schade
Defectpercentage vóór en na vervanging
Draadklemmen, EFO-elektroden, transducers, verwarmingselementen, camera's, verlichting, werkstukhouders en handlingcomponenten kunnen ook de processtabiliteit beïnvloeden. Onderdelen voor draadverbinders en capillairen Biedt een aanknopingspunt voor het identificeren van de benodigde gereedschappen en vervangende onderdelen.
Omstandigheden die productiestop vereisen
Stop het proces en bewaar het bewijsmateriaal wanneer:
Er wordt afbladdering, kratervorming of beschadiging van de chip geconstateerd.
Hetzelfde probleem met loslatende hechting of antiaanbaklaag treedt opnieuw op na een gecontroleerde reset.
Draadbreuken creëren het risico dat geleidend materiaal losraakt.
De capillaire buis, transducer, klem of EFO-component is zichtbaar beschadigd.
Kracht-, verwarmings-, ultrasone of visuele kalibratie valt buiten de geaccepteerde omstandigheden.
Het defectpercentage verandert sterk na een wisseling van materiaal of gereedschapsbatch.
Een machinealarm wordt herhaaldelijk genegeerd zonder dat de oorzaak ervan wordt vastgesteld.
Het proces doorstaat de visuele inspectie, maar faalt voor de vereiste mechanische of elektrische test.
Door de productie voort te zetten en tegelijkertijd de procesenergie herhaaldelijk te verhogen, kan een herstelbaar hechtingsprobleem omslaan in beschadiging van de pads, slijtage van het gereedschap of een groter risico voor de betrouwbaarheid.
Veelgestelde vragen over defecten bij draadverbindingen
Wat is de eerste stap wanneer de NSOP plotseling stijgt?
Bewaar de mislukte monsters en noteer recente wijzigingen. Inspecteer het padoppervlak, de luchtbel, de capillairen en de aangetaste plekken voordat u het volledige hechtingsrecept wijzigt.
Bewijst een hoge trekkrachtwaarde dat de draadverbinding goed is?
Niet op zichzelf. De locatie en aard van de storing zijn ook belangrijk. Een hoog resultaat in combinatie met afbladdering van de remblokken, kratervorming of een andere structurele storing kan wijzen op een onacceptabel proces.
Moet het ultrasone vermogen worden verhoogd als een verbinding niet hecht?
Niet automatisch. Slechte hechting kan het gevolg zijn van vervuiling, oxidatie, capillaire slijtage, instabiele balvorming, zwakke ondersteuning of de staat van de apparatuur. Het verhogen van het vermogen zonder de oorzaak te achterhalen kan de remblokken beschadigen.
Kan een nieuwe capillaire buis zowel de eerste- als de tweede-bindingsdefecten verhelpen?
Het kan defecten verhelpen die veroorzaakt worden door slijtage, vervuiling of een ongeschikte geometrie, maar het zal niet elk probleem met materiaal, verpakking, kalibratie of proces oplossen. Vergelijk het resultaat met een geverifieerde capillaire buis onder gecontroleerde omstandigheden.
Waarom treedt het defect alleen op in één gedeelte van de verpakking?
Een locatiespecifiek patroon kan wijzen op problemen met de ondersteuning van de werkstukhouder, temperatuurverdeling, vervorming van de verpakking, visuele uitlijning, lokale oppervlakteconditie of bewegingsgerelateerde variatie. Breng de positie van het defect in kaart voordat u de globale parameters wijzigt.
Eindaanbeveling
Het oplossen van problemen met draadverbindingen moet beginnen met bewijs, niet met het gissen naar parameters. Identificeer de locatie van de storing, behoud de defecte toestand, onderscheid materiaal- en gereedschapsproblemen van machine- en procesproblemen, en verander één gecontroleerde factor tegelijk.
Gebruik visuele inspectie, foutenanalyse, trek- of schuifproeven en machinediagnostiek in combinatie. Een corrigerende maatregel is pas voltooid wanneer het beoogde hechtingsresultaat stabiel blijft gedurende herhaalde cycli en onder representatieve productieomstandigheden.
Beschikbaar draadverbindingsapparatuurGereedschap en vervangende onderdelen kunnen worden beoordeeld aan de hand van het betreffende proces. Om een machinefout of een terugkerend verbindingsdefect te bespreken, kunt u het model van de bonder, foto's van het defect, informatie over de draad en capillairen, alarmdetails en recente proceswijzigingen via het betreffende formulier verzenden. Contactpagina voor halfafwerkmachines.