應根據缺陷的位置和失效模式來診斷引線鍵合缺陷，而不是根據單一機器警報或超音波功率、力或溫度的立即變化來診斷。
不沾黏事件可能涉及表面污染、氧化、毛細管磨損、不穩定的自由氣球形成、封裝支撐不良或製程窗口不合適。斷線可能發生在頸部、根部、環部或第二鍵結處，每個斷線位置都指向不同的可能原因。
本指南主要關注積體電路、LED 和分離式半導體封裝中使用的細絲球焊。楔形焊接和粗絲焊的診斷原理相同，但它們的工具、焊線控制系統和驗收標準有所不同。
在調整流程之前，先找出缺陷。
第一個需要解決的問題是“應該增加哪個參數？”，而不是“究竟是什麼出了問題，在哪裡出了問題，以及在什麼情況下發生的？”
更改配方前，請記錄以下資訊：
機器型號、鍵結頭和軟體配方
線材材質、直徑、線軸及生產批次
毛細管零件編號、安裝時間及累計黏接次數
晶片墊、引線框架或基板表面處理
包裝、工裝夾具和加熱器狀況
裝置或黏合區域內的缺陷位置
無論缺陷是持續性的、間歇性的還是批次相關的
破壞性試驗前後的外觀對比
材料、工具、維護或機器設定的近期變更
如果缺陷是在更換電線、毛細管或材料批次後立即出現的，那麼對缺陷的調查方式應該與經過多個生產小時後逐漸出現的缺陷的調查方式不同。
使用故障位置縮小搜尋範圍
| 觀察到的缺陷 | 位置或故障模式 | 首先需要調查的領域 |
|---|---|---|
| 不沾墊 | 第一層黏合劑無法黏附在晶片焊盤上。 | 焊盤污染、氧化、自由空氣球狀況、毛細作用、黏合力、超音波轉移、熱和封裝支撐 |
| 球形升降機 | 在生產或測試過程中，黏合球會從墊片上脫落。 | 界面品質、焊盤表面、焊球變形、毛細管幾何形狀、製程視窗和焊盤結構 |
| 墊片剝落或凹陷 | 墊子或其下方的材料損壞或被移除 | 過大的機械應力、硬線、毛細管幾何形狀、封裝支撐、焊盤結構和底層晶片結構 |
| 鉛製不沾塗層 | 第二層鍵結層不與引線框架或基板黏合。 | 表面光潔度、氧化、污染、毛細管面、導線夾持、二次鍵合參數和加熱器穩定性 |
| 縫合線提升 | 第二道連接在拉力測試或搬運過程中分離。 | 第二鍵結接觸面積、引線表面光潔度、毛細管磨損、導線狀況、超音波轉移和尾端序列 |
| 非常裂縫 | 導線在連接處到環路過渡處附近斷裂。 | 環路軌跡、毛細運動、鍵結變形、導線特性、重複機械應力與封裝運動 |
| 頸部骨折 | 導線在焊球焊點或熱影響區上方斷裂。 | 自由空氣球形成、EFO 狀況、線材品質、線圈運動和頸部幾何形狀 |
| 短尾或漏球 | 下一個自由空氣球無法正確形成。 | 夾緊時間、二次鍵結強度、焊絲撕裂強度、尾長、EFO電極和焊絲送絲 |
| 圓環高變化 | 環的高度、形狀或間隙各不相同。 | 線張力、夾具反應、毛細管運動、配方、線材剛度、工件夾具位置和機器校準 |
| 鍵位置誤差 | 焊點偏離了預定的焊盤或引線位置 | 視覺識別、照明、基準標記、模式示教、工作台校準、包裝移動和工件夾具重複性 |
此表僅供參考，並非最終診斷。多種根本原因都可能導致類似的可見缺陷，而且可能同時存在多種變異來源。
第一鍵缺陷在球到達墊片前就開始出現
在球焊中，第一次黏合取決於穩定的自由空氣球、合適的毛細管、可黏合的焊盤表面以及可控制的力、超音波能量和熱量的傳遞。
不沾墊
焊盤不沾（通常簡稱為NSOP）是指首次黏合未能與晶片焊盤建立足夠的黏合力。這種缺陷可能立即被機器偵測到，也可能在檢驗和測試過程中發現。
可能的原因包括：
墊片表面的有機污染物、殘留物或氧化物
不規則、氧化或偏離中心的自由空氣球
磨損、污染或選擇不當的毛細管
超音波能量傳遞不足或不穩定
施加的力、黏接時間或工件溫度不合適
晶片支撐不良、封裝移動或夾具不穩定
焊盤金屬化層過薄、損壞或超出預期狀態
線材材質或直徑與既定配方不符
增加超音波能量或許能暫時提高黏合力，但也可能掩蓋污染或加劇焊盤損傷。在擴大製程窗口之前，應檢查焊盤表面、自由空氣球和工具。
球形升降機
在拉力測試、下游處理、成型或可靠性測試過程中，當第一層黏合劑與墊片分離時，就會發生球體脫落。
生產過程中，黏合面看起來合格，但實際上可能存在界面接觸不足或冶金連接不穩定的情況。請檢查翹起球的底部、剩餘的墊片表面以及相應的測試結果。
界面處的乾淨分離顯示問題與焊盤金屬或底層晶片材料脫落的故障不同。
墊片剝落和凹陷
焊盤剝落會去除焊盤金屬層的一部分。凹坑則涉及焊盤下方的損傷，並可能影響鍵結區域下方的介電層或矽結構。
這些失敗不應簡單地視為債券「過強」的證據。可能的影響因素包括：
過大的力道或超音波相互作用
更硬的導線材料與靈敏的焊盤結構相結合
不合適的毛細管尖端或倒角幾何形狀
晶片或封裝下方支撐不足。
焊盤黏附力弱或金屬化層結構不合適
黏合區域下方的空隙或結構薄弱處
當焊盤損壞出現時，如果不檢查焊盤結構和封裝支撐，重複降低某個參數可能無法解決根本原因。
二次鍵合缺陷通常揭示表面和模具問題
第二個焊點的接觸面積比第一個球焊點更小更薄。其結果很大程度取決於毛細面、導線夾持方式、末端表面以及尾部形成順序。
鉛製不沾劑
引線不沾（NSOL）是指縫合黏合無法黏附到引線框架、基板或封裝端子上。
調查：
端子上的氧化、鍍層差異或污染
毛細管面磨損或物質堆積
毛細管下的金屬絲夾持與變形
二次鍵合力、超音波反應和鍵合時間
加熱器溫度和封裝與工件的接觸
末端運動、彎曲或支撐不足
導線、引線框架或基板批次變更
如果缺陷集中在條帶或基板的某一區域，則應檢查局部平整度、支撐性和溫度分佈，而不是立即改變整個配方。
縫合處翹起和二層黏合力弱
縫線在生產過程中可能保持連接狀態，但在拉力測試或後續操作中可能會發生脫落。檢查斷裂是發生在連接處、鋼絲內部還是鞋跟附近。
第二道焊接性能不佳也會影響導線撕裂和尾端形成。不穩定的尾端會在下一根導線上形成不穩定的自由空氣球，導致最初的第二道焊接問題隨後表現為第一道焊接缺陷。
正是基於這種聯繫，故障排除應該遵循完整的綁定週期，而不是將每個警報視為孤立事件。
導線和線圈缺陷指向運動、張力和幾何形狀問題
腳跟裂紋
焊絲跟部是焊絲與上升環之間的過渡區域。該區域的裂縫可能是由於過度變形、毛細作用劇烈、環路幾何形狀不合適、封裝反覆受力或與下游製程相互作用造成的。
在放大鏡下檢查裂縫的位置和方向。黏合後立即出現的裂痕可能與成型、熱循環或振動後產生的裂痕成因不同。
頸部骨折
球焊點上方的頸部強度受自由空氣球焊過程和後續環路運動的影響。不規則的熱影響區、球體中心定位不良或劇烈的反向運動都可能降低頸部強度。
審查：
電線和線軸狀況
EFO電極位置和清潔度
自由空氣球的大小和對稱性
毛細管下方的球體位置
反向運動和環形軌跡
拉力測試期間的斷裂位置
線圈變化和掃絲
迴路偏差可能涉及高度、跨度、形狀、方向或間隙。可能的原因遠不止預設的迴路值。
檢查線張力系統、夾具反應、毛細管運動、線材剛度、封裝位置和機器校準情況。如果成型前迴路穩定，成型後發生移動，則必須將成型製程和封裝設計也納入調查範圍。
將根本原因分為五類
在選擇測試方法之前，先將可能的原因進行分類，這樣就能更容易進行可靠的調查。
| 根本原因小組 | 典型範例 | 有效的隔離方法 |
|---|---|---|
| 材料和表面 | 焊盤污染、端子氧化、電鍍差異、線材批次變更、成型殘留物或不穩定的金屬化層 | 比較已知合格的材料，檢查表面，審查進貨批次，並在適當情況下評估清潔情況。 |
| 工具和耗材 | 毛細管磨損、幾何形狀錯誤、工具表面污染、電火花加工電極損壞、線軸不穩定或夾具磨損 | 安裝經過驗證的工具或耗材，並在相同的製程條件下比較結果。 |
| 製程參數 | 不合適的力道、超音波響應、時間、溫度、電場強度、氣體、迴路或夾緊順序 | 回到已知的基線水平，並進行受控製程視窗研究。 |
| 機器狀況 | 感測器性能下降、力校準漂移、加熱器不穩定、運動誤差、視覺漂移或超音波耦合不良 | 使用校準記錄、診斷資訊、已知合格的材料以及在機器不同位置進行的重複測試。 |
| 包裝和處理 | 工件夾具支撐不良、晶片移動、基板翹曲、定位錯誤、封裝振動或下游機械應力 | 檢查支撐、平整度、夾緊力、定位模式以及後續工序前後的狀態。 |
只有在調查確定哪個群體最有可能導致此問題後，才能更改參數。否則，可能只是暫時彌補了一個變異來源，而實際缺陷依然存在。
可靠的引線鍵結故障排除步驟
以下步驟是診斷的核心。它能減少不必要的流程變更，並有助於保留有用的證據。
保留失敗狀態。 在重置或更換零件之前，記錄機器、配方、材料批次、刀具壽命、缺陷影像、警報訊息和受影響位置。
對故障位置進行分類。 確定缺陷是在第一黏合處、第二黏合處、頸部、跟部、環部、線尾部、包裝位置或機器處理階段。
分析故障模式。 利用目視檢查和適用的拉力、剪切或電氣測試結果來區分界面翹曲、斷線、焊盤損壞和結構失效。
查看最新變更。 檢查新的導線、毛細管、焊盤、引線框架、基板、配方、維護工作、加熱器設定、軟體或操作員操作。
與公認的可靠參考物進行比較。 在確保安全的前提下，使用經過驗證的原料、經過驗證的毛細管或先前穩定的配方進行試驗。每次只改變一個受控制因素。
將物料從機器中分離出來。 如果可能，在已知良好的設備上測試可疑材料，或在可疑機器上運行已知良好的材料。
檢查工具和校準情況。 檢查毛細管安裝、黏合力校準、EFO 狀況、感測器狀態、工件夾具支撐、加熱器穩定性和視覺對準情況。
開發或恢復工藝視窗。 透過受控研究來調整製程變量，而不是反覆試錯地更改生產配方。
重複完整的鍵結循環。 確認自由空氣球的形成，包括第一個鍵、環、第二個鍵、尾部以及下一個球，經過足夠的循環，以發現間歇性故障。
用證據確認糾正措施。 在發布流程之前，請比較缺陷率、外觀結果、失效模式以及機械或電氣測試結果。
警報消失並不意味著修正已確認。債券結果和違約分佈應恢復到約定的穩定狀態。
運用正確的證據來證明失敗
目視檢查
顯微鏡檢查可以評估焊點位置、變形、尾部長度、線圈高度、焊跟狀況、導線損傷和可見污染。影像應包含合格樣品和缺陷樣品，且需在一致的放大倍率和光照條件下拍攝。
拉力測試
拉力測試可以提供有關黏合強度、跟部強度、線圈行為和失效位置的資訊。拉力結果應與破壞模式一起記錄，因為相同的拉力值可能代表不同的弱點。
黏結剪切試驗
剪切測試可能適用於球形鍵結、凸點、粗線鍵結或其他結構。測試方法、工具高度、方向和驗收標準必須與被評估的互連結構相符。
橫斷面和墊片分析
當懷疑焊盤剝落、出現凹坑、表面下裂縫、界面形成受限或封裝結構損壞時，可能需要進行橫斷面分析或進一步的材料分析。
機器流程監控
一些引線鍵合機可以監測力、超音波響應、導線變形、頻率特性或各個鍵合子步驟。這些訊號可以識別變化並支援可追溯性，但其限值必須針對產品進行設定，並與實際鍵合結果進行驗證。
電氣和可靠性測試
當機械黏合結果看起來可以接受，但現場條件、電流、濕度、溫度或反覆應力可能會暴露出另一種失效機制時，電氣測試和封裝級可靠性測試就變得非常重要了。
表面清潔應遵循證據原則
表面污染和氧化會導致非表面光潔度（NSOP）和非表面光潔度（NSOL）。在了解污染物種類和選擇的清潔方法後，清潔可以改善黏合性能。
不要想當然地認為所有弱鍵都需要等離子清洗。在增加清洗步驟之前，請確定：
哪個表面受到污染或氧化？
該材料是否能承受建議的處理方法
清潔是否會改變表面光潔度或包裝狀況
清潔後的材料必須盡快黏合。
如何將結果與未經處理的基線進行比較驗證
可以透過以下方式查看可用的表面處理系統： 半自動等離子清洗機類別仍需確認實際晶片、引線框架、基板和污染物的製程相容性。
毛細管和替換零件的影響遠不止停機時間
毛細管幾何形狀會影響球的形成、鍵結球的直徑、焊盤相互作用、環路形成、導線夾持、二次鍵合的穩定性。因此，磨損或污染可能同時造成多種缺陷。
在審查疑似毛細血管問題時，記錄以下內容：
完整的毛細管零件編號和圖紙修訂
線材材質和直徑
累計債券或營運時間
尖端、倒角、孔和麵狀況
材料堆積或可見損壞
更換前後的缺陷率
線夾、電火花加工電極、感測器、加熱器、攝影機、照明設備、工件夾具和搬運部件也會影響製程穩定性。 焊線機部件和毛細管類別 為識別適用的工具和替換部件提供了一個切入點。
需要停止生產的情形
在以下情況下，應停止該程序並保存證據：
偵測到焊盤剝落、凹坑或晶片損壞。
受控復位後，同樣的黏合脫落或不黏缺陷再次出現。
電線斷裂會造成導電材料鬆脫的風險。
毛細管、感測器、夾具或EFO組件有明顯損壞。
力、加熱器、超音波或視覺校準超出其可接受範圍
材料或模具批次更換後，缺陷率會急劇變化。
機器警報反覆被忽略，但始終無法找出原因。
該工藝流程通過了目視檢查，但未能通過所需的機械或電氣測試。
在不斷增加製程能量的同時持續生產，可能會將可恢復的黏合問題轉化為焊盤損壞、工具磨損或更大的可靠性風險。
引線鍵合缺陷常見問題解答
當 NSOP 突然增加時，第一步是什麼？
保留失敗的樣品並記錄近期更改。在更改整個鍵合配方之前，檢查焊盤表面、自由氣球、毛細管和受影響位置。
高拉力值是否能證明引線鍵結良好？
單憑這一點還不夠。失效位置和模式也很重要。如果出現焊盤剝落、凹坑或其他結構性失效，且結果較高，則可能表示製程不合格。
當黏合劑無法牢固黏合時，是否應該增加超音波功率？
並非總是如此。黏合不良可能源自於污染、氧化、毛細磨損、球狀結構不穩定、支撐不足或設備狀況不佳。在未找出原因的情況下增加功率可能會損壞墊片。
新型毛細管能否同時解決第一鍵與第二鍵缺陷？
它或許能解決因磨損、污染或幾何形狀不合適造成的缺陷，但無法糾正所有材料、封裝、校準或製程問題。請將結果與受控條件下已驗證的毛細管進行比較。
為什麼缺陷只出現在包裝的某個區域？
特定位置的缺陷模式可能指示工件支撐、溫度分佈、封裝翹曲、視覺對準、局部表面狀況或運動相關的變化。在變更全域參數之前，請先繪製缺陷位置圖。
最終建議
引線鍵結故障排除應從證據入手，而非猜測參數。首先要確定故障位置，保持故障狀態，區分材料和工具問題與機器和製程問題，然後每次只改變一個可控因素。
綜合運用目視檢查、失效模式分析、拉力或剪切試驗、機器診斷等方法。只有當預期的黏合效果在重複循環和典型生產條件下保持穩定時，糾正措施才算完成。
可用的 線焊設備可以針對受影響的製程流程審查工具和替換零件。若要討論機器故障或反覆出現的鍵結缺陷，請透過以下方式發送鍵合機型號、缺陷照片、導線和毛細管資訊、警報詳情以及最近的製程變更： 半機械聯繫頁面.