引線鍵合中劈刀動(dòng)作對(duì)線弧的影響

裴開 劉壯華

摘 要 近年來，隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，對(duì)半導(dǎo)體封裝技術(shù)提出了更高的要求，引線鍵合作為目前最成熟、應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體芯片封裝的內(nèi)部連接方式，也向著高密度、高效率以及高可靠性方向發(fā)展，這對(duì)引線鍵合設(shè)備以及鍵合工藝都提出了更高的要求。本文以引線鍵合線弧成形過程作為研究對(duì)象，通過理論分析和實(shí)際引線鍵合測試相結(jié)合的方式，分析了線弧成形過程中劈刀動(dòng)作對(duì)線弧最終成形形態(tài)的影響，提出高效率、高可靠性線弧成形的優(yōu)化方式，為半導(dǎo)體芯片引線鍵合中的劈刀動(dòng)作改善和線弧成形的優(yōu)化提供參考。

關(guān)鍵詞 引線鍵合 線弧成形 劈刀口徑

中圖分類號(hào)：TN3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2021）09-0060-03

現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展迅猛，尤其是近期國家對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展進(jìn)行了強(qiáng)力推動(dòng)，使得半導(dǎo)體行業(yè)相關(guān)的設(shè)備、技術(shù)得以迅速發(fā)展，而引線鍵合作為目前半導(dǎo)體芯片內(nèi)連技術(shù)中運(yùn)用最為廣泛的技術(shù)，還存在許多待進(jìn)一步深入優(yōu)化和完善的問題（如圖1）。

線弧成形作為引線鍵合中最為關(guān)鍵的技術(shù)之一，其可靠性、穩(wěn)定性、適應(yīng)性、效率是引線鍵合的質(zhì)量評(píng)定指標(biāo)中重要的一環(huán)，劈刀作為進(jìn)行熱超聲焊接的主要焊接工具，也作為線弧成形的主要作用部件，劈刀動(dòng)作以及劈刀本身對(duì)線弧的影響，尚有許多待研究、改善的價(jià)值。

1 引線鍵合中線弧成形的基本動(dòng)作

引線鍵合弧形一般包括Q弧形、梯形弧、P弧形、M弧形等，各種線弧成形方法和原理類似，本文以Q弧形和梯形弧的控制動(dòng)作和參數(shù)調(diào)試方法來進(jìn)行分析劈刀動(dòng)作對(duì)線弧成形各個(gè)節(jié)點(diǎn)的影響，線弧控制的基本動(dòng)作如圖2所示。

Q弧形和梯形弧的線弧成形動(dòng)作主要包括：

（1）劈刀第一次反向運(yùn)動(dòng)，決定線弧的高度。

（2）劈刀第二次反向運(yùn)動(dòng)，決定梯形弧的跨度。（梯形弧特有）

（3）劈刀上升動(dòng)作放出剩余的線。

（4）劈刀下降動(dòng)作，將整個(gè)線弧牽引拉正，完成線弧成形。

2 劈刀動(dòng)作對(duì)弧形的影響

2.1 第一次反向運(yùn)動(dòng)

以Q弧形為例，反向運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵參數(shù)有三個(gè)，分別是反向高度、反向距離、反向角度，通過控制變量法改變相關(guān)的變量可以得出每個(gè)參數(shù)對(duì)整個(gè)線弧成形的影響方式和作用點(diǎn)（如圖3）。

2.1.1 反向高度

通過調(diào)整弧形運(yùn)動(dòng)的不同反向高度（如圖4），可以得到最終線弧的成形形狀，通過形狀對(duì)比可以得出，反向高度越高則線弧弧高越高。

2.1.2 反向距離

通過調(diào)整弧形運(yùn)動(dòng)的不同反向距離，可以得到最終線弧的成形形狀，通過形狀對(duì)比可以得出，反向距離越大則線弧折角越明顯，但過大可能會(huì)造成線弧頸部受損，反向距離越小則線弧折角越小，甚至有可能導(dǎo)致拉直線（如圖5所示）。

2.1.3 反向角度

通過參數(shù)調(diào)節(jié)和實(shí)際焊線測試情況可知，反向角度越小則弧形越穩(wěn)定，有利于折出一致性更高的線弧，反向角度越大則弧形更平滑，但一致性會(huì)降低。

2.2 第二次反向運(yùn)動(dòng)（梯形弧）

第二次反向運(yùn)動(dòng)為梯形弧特有的動(dòng)作，用于折出梯形線弧的平行跨度段，其運(yùn)動(dòng)方式與第一次反向運(yùn)動(dòng)類似，其不同之處在于，第二次反向運(yùn)動(dòng)的高度和距離一般來說相對(duì)較大，所以使用直接點(diǎn)到點(diǎn)直線運(yùn)動(dòng)有可能造成線弧折彎處的長度變長，而使用固定點(diǎn)反向弧線運(yùn)動(dòng)可以改善此問題，得到較為一致的弧形折點(diǎn)，有利于最終的穩(wěn)定線弧形成。

2.3 線弧上升

線弧上升動(dòng)作分很多種，有直線、曲線、折線等多種上升走法，其中三軸聯(lián)合直線運(yùn)動(dòng)速度最快，也是最常用的一種運(yùn)動(dòng)方式。值得注意的是，在線弧上升動(dòng)作中，為了盡量避免線與劈刀一起運(yùn)動(dòng)將已經(jīng)折好的線弧拉直，應(yīng)盡量減小劈刀與金線之間的摩擦力。一般使用直線上升是比較穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)方式，好處在于劈刀與線之間的摩擦力最小，上升過程中線不易被拉直，缺點(diǎn)是動(dòng)作過慢，對(duì)于速度要求高的場合不適用。

2.4 線弧下降

線弧的下降動(dòng)作決定了最終線弧成形，整個(gè)線弧的動(dòng)作將依據(jù)此動(dòng)作來決定，線弧下降動(dòng)作是最容易影響弧形差別的因素之一。把握好劈刀下降的時(shí)機(jī)對(duì)線弧成形的一致性有較大幫助，若劈刀下降過快，可能導(dǎo)致線縮回劈刀里面或者線被向下壓彎，最終導(dǎo)致線弧過短或者造成甩線等問題，更嚴(yán)重的可能會(huì)導(dǎo)致留線尾不良，進(jìn)而影響下一條線的焊接質(zhì)量。在下降之前增加劈刀水平移動(dòng)距離可以改善這一問題，通過加大水平距離，將線弧下降前的線朝向以及線弧開始下降后的劈刀移動(dòng)方向偏離垂直方向移動(dòng)，則會(huì)有明顯改善。需要注意的是，線的朝向和水平移動(dòng)距離的大小與線是否縮回劈刀關(guān)系較大。

當(dāng)線弧較低時(shí)，由于線弧中間部分存在膨脹，可能會(huì)導(dǎo)致塌線。而且對(duì)于一二焊高度差別大、線弧跨度長的產(chǎn)品，此現(xiàn)象更加明顯。影響因素之一是由于線弧下降過程中，劈刀附近的線比較柔軟，導(dǎo)致這部分線會(huì)形成向下凸起的形狀，當(dāng)觸碰到焊接面時(shí)，由于沒有支撐導(dǎo)致線往下掉，從而導(dǎo)致二焊完成后焊點(diǎn)附近的線與焊盤接觸，最終形成塌線。調(diào)整線弧下降的軌跡，減小線的柔軟性，使用較小的反向角度在二焊附近形成尖銳的線弧折角，可以在一定程度上避免塌線（如圖6）。

3 劈刀口徑對(duì)弧形的影響

如圖7所示，H為劈刀口徑，WD為線直徑，選用合適的劈刀有利于線弧的穩(wěn)定成形，劈刀口徑過大，則線與劈刀的摩擦力較小，劈刀與線的接觸不緊密，導(dǎo)致在各個(gè)折線動(dòng)作中，劈刀比較難作用于線，難以折出比較穩(wěn)定的線弧折角，從而導(dǎo)致弧形穩(wěn)定性變差。若劈刀口徑過小，則線弧折角容易形成，但會(huì)增加線與劈刀之間的摩擦，可能導(dǎo)致放線不順以及線身受損被刮傷的情況。

因此，針對(duì)不用的線徑，選用不同口徑的劈刀至關(guān)重要，一般情況下選用線徑的1.2～1.5倍口徑的劈刀是比較合適的，再針對(duì)不同的劈刀進(jìn)行弧形參數(shù)優(yōu)化，則較容易得到理想的弧形。

4 結(jié)語

綜上所述，本文對(duì)引線鍵合中劈刀對(duì)線弧的影響進(jìn)行分析，對(duì)劈刀在線弧成形的各個(gè)階段中所起到的作用進(jìn)行詳細(xì)闡述，通過參數(shù)調(diào)試對(duì)比試驗(yàn)，以及分析對(duì)比得出不同劈刀動(dòng)作以及劈刀口徑對(duì)線弧最終成形的影響，提出弧形穩(wěn)定性優(yōu)化方法以及線弧運(yùn)動(dòng)中各個(gè)參數(shù)的配合方法，為引線鍵合弧形的穩(wěn)定性持續(xù)優(yōu)化提供思路。[1-4]

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