分立半导体元器件焊点缺陷解决策略

王嘉驹

（威世（中国）投资有限公司，上海，200231）

分立半导体元器件焊点缺陷解决策略

王嘉驹

（威世（中国）投资有限公司，上海，200231）

在对半导体封装测试的过程中，需要对其中的芯片加以焊接，要在半导体成品芯片的焊盘上植球，采用引线键合工艺，准确地将焊球焊接在半导体芯片的焊盘中央。然而，由于存在焊点废品的产品失效现象，因而，要针对半导体元器件焊点缺陷的问题进行分析，并探讨解决对策。

半导体；元器件；焊点

0 引言

为了提升半导体产品的使用质量，减少半导体产品的废品率，最大程度上满足用户的需求。我们要关注半导体产品的引线焊接工艺，针对焊接过程中出现的焊球偏移的焊点缺陷现象，加以全面的分析和研究，寻找焊点缺陷的出现原因，并提出解决对策，以提升半导体产品的质量，增强设备的能力。

1 分立半导体元器件焊点缺陷的概念分析

在分立半导体元器件中的芯片焊接工艺之中，是通过热压超声焊接法，借助于焊针的控制系统，在高压放电的条件下，加入一定的焊接力，超声板也同时输出超声波，经过能量转换之后作用于焊针的尖端部位。在上述焊接力、超声波、热度的共同作用条件下，焊球与芯片铝焊盘产生共晶结合，实现焊接工序。

在对分立半导体元器件的芯片进行焊接的过程中，会存在焊球偏移的现象。这主要是由于金铝球键合的焊接过程之中，焊球没有对准芯片焊盘，发生了偏移，这就使焊球和焊盘之间形成虚焊，导致分立半导体元器件失效。如果焊球与焊盘发生极为微小的偏差，则会造成虚焊，难以及时发现，会出现断路或短路的现象，对分立半导体元器件产生不可弥补的损伤。

2 分立半导体元器件焊点缺陷的原因分析

2.1 分立半导体元器件焊接平台影响因素

在对分立半导体元器件焊接的过程中，其硬件主要是X/Y自由度定位焊接平台，它是引线键合工艺设备的重要部件。在芯片焊接加工的过程中，由于封装速度加快，导致X/Y平台自由度定位焊接平台产生高速和高频起停下的振荡，这就使焊接过程中的平台定位精度出现偏差，导致出现焊点缺陷。

2.2 分立半导体元器件焊接中的人为因素

分立半导体元器件焊接过程中，需要人为对劈刀Offset进行校正，尤其是在焊接加工过程中需要更换焊针，在对焊针进行更换的操作中，需要人工对十字线加以校正，要进行偏移补偿，如果偏移补偿软件无法满足偏移量，则需要技术人员对螺钉加以预调，确保十字光标中心和焊接点中心完全重合。

2.3 分立半导体元器件产品型号差异因素

分立半导体产品的主流型号主要是SOD923、SOD323等，在市场竞争加大的形势下，分立半导体产品的芯片尺寸不断向小型化方向倾斜，焊盘与焊球之间的距离尺寸也在不断接近，这也是导致设备在小焊盘的芯片上焊接的废品出现的因素之一。

2.4 换能器散热空气的影响因素

在对分立半导体元器件进行焊接的过程中，由于外部温度的变化状态，会导致金属构件的焊接头产生热膨胀和收缩状态，导致焊头的大小及形状发生变化，这也是导致分立半导体元器件焊点缺陷的产生原因之一，极大地降低了焊接头的定位精度。

2.5 键合点的影响因素

在对分立半导体元器件进行焊接的过程中，热超声键合是关键性的因素，它涉及多个条件，具体包括以下几种：一是焊针尺寸。焊针材料主要有陶瓷、钨合金，它们具有高密度、抗磨损和抗氧化的能力，重要的尺寸主要有焊针顶端直径H、内锥角的开放直径CD、T型顶直径、圆角半径R、面角FA、外锥角CA等。这些尺寸参数在键合焊接的过程中，有重要的影响。二是换能器超声系统。在引线键合工艺的超声波焊线过程之中，换能器将电信号转换为超声波，进行能量传输，采用高频超声粘接方式，对于焊接效果也有一定的影响。三是焊接力及焊接时间。焊接时的焊接力如果压力过大，也会导致焊点缺陷而失效。对于球焊的过程中出现的不规则劈刀，也会使粘接球产生与焊盘的偏移。四是芯片表面的污染对于焊点缺陷也有影响。如果芯片的表面有污染，导致金线或焊盘受到污染，就会对焊点缺陷造成一定的影响。

3 分立半导体元器件焊点缺陷的解决实验方案

3.1 芯片焊接

首先，我们先对分立半导体元器件的芯片焊接过程，加以分析，我们可以通过以下图示，清晰地看到分立半导体元器件的芯片焊接工序：

图1 图像处理系统框架图

在上述芯片定位的焊接过程中，系统中的摄像头、硬件部分、换能器、劈刀都与焊接的定位精度直接相关。我们可以通过对上述旧的图像处理系统中的焊球位置与新系统的焊球位置相比较，从而提高对分立半导体元器件的焊接质量和精度。

3.2 设定焊接过程的相关参数

在新系统之中，采用SDW35焊线机实施焊线工序，这种设备可以在高精度的焊头条件下，实现良好而稳定的控制，在DOS系统的界面之下，进行相关参数的设定并简便地实现操作。其中的负载传感器可以实现焊接的自动检测，从而确保芯片焊接的质量和精度。

在芯片焊接的过程中，具体的参数包括有：（1）保证室温～500℃的温度控制，从而保持在这个温度范围内的热变形，不会导致框架发生变化，确保了框架的稳定性。（2）冲击力和速度参数。在SDW35设备运用条件下，冲击力的参数设定为0～80gf，速度的参数设定为0～8。（3）超声能量参数。它可以自动精准地调整和控制超声能量，其工作频率为65KHZ，可调节的范围设定在0～80mW。（4）焊接力参数。在SDW35设备的运用条件下，焊接力的参数设定范围在0～80gf之间。（5）焊接时间参数。在中央控制板和程序的精准控制之下，焊接时间参数设定为0～30ms。

3.3 测试焊球的位置

焊球位置的测试仪器可以采用OLYMPUS MMFP-TR电子显微镜系统，它对焊球位置的测试精度可以达到0.0001mm。可以将实验过程中的冲击压力、速度焊接力、超声等，进行分析和测试，在对数据进行具体的分析前提下，实现对焊球位置的准确测试，从而确保焊球的定位精度。

4 结束语

在对分立半导体元器件进行焊接的过程中，要注重对焊点缺陷部位的查找，分析导致焊球偏移的原因，对这种焊点缺陷的现象加以全面的研究，并采用一定的对策和实验方案，对其进行优化，以提升焊接的质量和精度。

[1] 陈佳溪.基于PMAC焊线机控制系统研究及应用[D]. 广东工业大学 2013

[2] 胡永恒.铜线键合中金属焊盘键合深度研究[D]. 电子科技大学 2012

Solving Strategy of Solder Joint Defects in Discrete Semiconductor Components

Wang Jiaju
（Vishay (China) Investment Co., Ltd. Shanghai 200231）

In the semiconductor packaging test process, the need for the chip to be welded to the chip in the semiconductor chip solder ball, the use of wire bonding process, the ball will be accurately welded to the center of the semiconductor chip pad. However, due to the existence of solder joint waste product failure phenomenon, therefore, to address the problem of solder joint defects in semiconductor components, and explore solutions.

semiconductor; component;Solder joint