Hiện tượng lão hóa và phương pháp làm sạch nêm

Nêm là một công cụ quan trọng để liên kết dây trong quá trình đóng gói chất bán dẫn. Bài viết này mô tả hiện tượng lão hóa nêm. Nghiên cứu cho thấy nguyên nhân gây lão hóa nêm là do sự mài mòn của mặt đầu lưỡi nêm và ảnh hưởng của sản phẩm mặt đầu lưỡi nêm. Sự mài mòn của mặt đầu lưỡi nêm là không thể khắc phục được. Sản phẩm mặt cuối của lưỡi nêm có thể được loại bỏ bằng các phương pháp làm sạch, để nêm có thể tiếp tục được sử dụng trước khi bị hỏng do mòn.

Liên kết là một trong những quy trình trong ngành đóng gói mạch tích hợp. Nó sử dụng các dây kim loại như dây vàng, dây nhôm hoặc dải vàng và nhôm để kết nối chip và khung chì, để con chip nhỏ xíu có thể được kết nối với mạch điện bên ngoài. Theo các phương pháp hàn có hình dạng khác nhau, nó được chia thành liên kết bi và liên kết nêm. Cả hai đều có điểm hàn thứ nhất và điểm hàn thứ hai hoàn toàn khác nhau nên có đặc điểm không gian khác nhau. Liên kết nêm có khả năng hoạt động trong không gian nhỏ hơn, giảm méo tín hiệu giữa các tần số cao và giúp tính nhất quán của tín hiệu tốt hơn. Đồng thời, nó phù hợp cho việc hàn sản phẩm công suất cao. Công cụ cần thiết được gọi là nêm liên kết.

Hiện tượng lão hóa nêm

Mặt cuối của nêm mới sạch sẽ, mịn màng và không có vết nứt và rỗ. Sau nhiều lần hàn, nêm sẽ bám vào các hạt ô nhiễm và bị hư hỏng một phần, dẫn đến lão hóa nêm, biểu hiện chủ yếu là hình thái mối hàn bị suy giảm, lực kéo chì giảm và trong trường hợp nghiêm trọng, dây sẽ bị đứt hoặc cong vênh. Trong hoạt động thực tế của liên kết dây vàng lắp ráp vi mô, thường sau 7000 đến 9000 lần hàn, người vận hành sẽ báo cáo các vấn đề như biến dạng mối hàn quá mức hoặc mối hàn không hoàn chỉnh và tuổi thọ của nêm thấp hơn nhiều so với giá trị danh nghĩa của nhà máy. là 50.000 lần. Lúc này, nếu người vận hành tự điều chỉnh các thông số hàn hoặc kỹ thuật hàn để có được hình thái mối hàn tốt hơn sẽ gây ra mối hàn nguội. Hình 2 cho thấy hình thái mối hàn của nêm liên kết bằng hợp kim titan cacbua trong cùng thông số hàn và hàn dây vàng lặp lại trên cùng một nền, một nêm mới và sau các mối hàn 3000, 6000, 9000, 12000, 14000 và 16000. Có thể thấy hình thái mối hàn của nêm mới tốt nhưng xấu đi sau 9.000 chu kỳ hàn và không thể đáp ứng yêu cầu kiểm tra sau 16.000 chu kỳ hàn.

Nguyên nhân và giải pháp cho sự lão hóa nêm

1. Đeo ở mặt cuối của dao cắt

Trong quá trình liên kết dây, hàn ép nóng sẽ tạo áp lực từ mặt cuối của nêm, làm cho kim loại chì và miếng đệm bị nén tạo ra một biến dạng dẻo lẫn nhau nhất định và tiếp xúc gần, đồng thời các phân tử của chúng khuếch tán và liên kết chắc chắn. Hàn siêu âm sẽ tạo ra năng lượng siêu âm từ đầu dò để làm rung nêm, tạo ra ma sát tần số siêu âm giữa chì và kim loại đệm, loại bỏ lớp oxit trên giao diện và gây biến dạng đàn hồi. Cả hai nguyên tắc liên kết này sẽ làm cho mặt cuối của nêm chịu ứng suất và phần cuối của nêm sẽ bị mòn sau nhiều lần hàn, dẫn đến mối hàn bị biến dạng nghiêm trọng. Các miếng đệm liên kết phổ biến trong quy trình lắp ráp vi mô bao gồm miếng đệm chip trần, miếng đệm bảng mạch in, miếng đệm bảng mạch màng mỏng, miếng đệm bảng mạch LTCC và miếng đệm hộp kim loại đóng gói. Trong hoạt động thực tế, độ mòn của mặt cuối của lưỡi dao nghiêm trọng hơn trên bề mặt hàn có độ cứng cao và độ nhám bề mặt, chẳng hạn như độ mòn của miếng đệm hộp kim loại đóng gói nghiêm trọng hơn các miếng đệm khác.

Ngoài ra, độ mòn của mặt cuối của đầu cắt cũng bị ảnh hưởng bởi phương pháp vận hành. Khi sử dụng thiết bị liên kết thủ công cho các hoạt động liên kết, phương pháp vận hành có tác động lớn hơn đến mặt cuối của nêm. Ví dụ, nếu tay của người vận hành bị rung hoặc sử dụng quá nhiều lực trong quá trình hàn, độ mòn của mặt cuối của đầu máy cắt sẽ tăng nhanh. Hiện tượng này thường xảy ra khi người mới thao tác. Khi sử dụng thiết bị tự động hóa cho các thao tác liên kết, tuổi thọ của nêm sẽ được cải thiện rất nhiều do các thông số vận hành có thể kiểm soát được và có tính nhất quán cao. Trong quá trình nối dây, sự hao mòn ở mặt cuối của đầu cắt là hiện tượng hao hụt tự nhiên và không thể tránh khỏi. Cách duy nhất là tránh vận hành không đúng cách và giảm độ mòn của nêm.

2. Sản phẩm có bề mặt đầu cắt

Trong quá trình vận hành thực tế của việc liên kết dây, người ta nhận thấy tuổi thọ sử dụng của một số nêm ngắn hơn nhiều so với tuổi thọ thực nghiệm. Qua quan sát bằng kính hiển vi, không tìm thấy vết mòn rõ ràng nào ở mặt cuối của nêm, nhưng có một lớp màng được gắn vào mặt cuối. Hình 3 cho thấy ảnh vi mô quang học và ảnh vi mô SEM của mặt cuối của nêm sau 9000 lần hàn. Có thể thấy, một lớp màng được dán vào mặt cuối của nêm đã ảnh hưởng đến độ phẳng của mặt cuối của nêm và gây biến dạng nghiêm trọng cho mối hàn.

Qua phân tích phổ EDX, người ta nhận thấy hàm lượng silicon và oxy trong màng ở phần cuối của nêm rất cao, như trong Hình 4. Nhận định sơ bộ là silicon có thể đến từ chip, chì và chất nền, v.v. Silicon phần tử dần dần khuếch tán (hoặc kết dính) vào nêm trong quá trình liên kết và tích tụ lâu ngày ở mặt cuối của nêm, ảnh hưởng đến quá trình hàn.

Làm sạch nêm

1. Chất tẩy rửa nêm: SG-309W
2. Các bước vệ sinh

①Chuẩn bị hai thùng chứa, một thùng chứa đầy chất tẩy rửa (độ sâu của chất tẩy rửa phải đủ để che kín nêm) và thùng còn lại chứa đầy nước sạch;

②Đặt phẳng nêm vào thùng chứa chất tẩy rửa và ngâm trong 20-30 giây. Trong quá trình ngâm dùng nhíp giữ miếng nêm và lắc qua lắc lại 3-5 lần. Sau khi ngâm xong, cho ngay nêm vào nước sạch;

③ Đặt nêm thẳng đứng vào vật cố định (với đầu hướng lên trên) và rung nó trong bể siêu âm chứa đầy nước sạch, cồn isopropyl hoặc ethanol trong 5 phút. Sau đó lấy nêm ra và dùng súng hơi để làm khô bề mặt và mặt trong của lỗ.

3. Các biện pháp phòng ngừa

① Quá trình vận hành gặp đầu nêm

② Đeo găng tay cao su trong quá trình vận hành để tránh tiếp xúc với nêm bằng tay trần

③Chất tẩy rửa không được tiếp xúc trực tiếp với da. Nếu nó tiếp xúc với da, hãy rửa ngay bằng nước sạch.

TÔIkết luận

Nêm được lắp đặt trên Máy dán dây và là một công cụ quan trọng để liên kết dây lắp ráp vi mô. Bài viết này giới thiệu hiện tượng lão hóa của nêm và làm rõ hai nguyên nhân gây ra hiện tượng lão hóa: sự mòn mặt cuối của lưỡi nêm và sự hình thành các hợp chất silicon và oxy ở mặt cuối của lưỡi nêm. Sự mài mòn ở mặt cuối của lưỡi nêm là không thể khắc phục được. Việc tạo ra mặt cuối của lưỡi nêm có thể được loại bỏ bằng các phương pháp làm sạch, để nêm có thể tiếp tục được sử dụng trước khi nó bị hỏng do mòn. Nếu bạn muốn biết thêm về cái nêm, chẳng hạn nhưvật liệu, cấu trúc và ý tưởng lựa chọn, xin vui lòngliên hệ chúng tôi . Cảm ơn bạn đã duyệt.