（材料加工工程专业论文）金丝键合质量信息研究.pdf

坝j 。诧_ 空： 余丝键台峨照侬息州究 摘要 分析影响键合质量的主要因索，采用均匀试验设计方法设计出的试骏方案，分 裂对1 8 a m 、2 5 k a n 懿会墼逶行键台试验，测鬟金丝鹣摭挝糕发，采集撵患辫像。 运用b p 网络技术，建立起套键合质量预报系统，对盒丝键合焊点强度进行 模拟和预测。研究继果表明：该模型预测的结果同试验值之间有很好的对应关系， 误差投瓣在1 0 驻肉。b p 网终建予金丝键会袋蘩匏预报具鸯霹雩亍瞧霹有效甓。 利用b p 网络建立一个质量信息窗口。通过该窗口对工艺参数进行优化，并对优 化参数下的焊点进行了可靠性测试。 对予试验采集的焊点图像，逡翔数字图像处理技术，掇墩出焊点尼 可特征。通 过磺究辫点形态与辫患质量的关系，发瑷浮点宽度控铡在一定范围内，爝点的抗拉 强度较高。 关键溺：会丝键台；静嚣络；颧擐；浮点形态：浮点袭鏊；圈缘楚瓒 坝t 论史 金丝键瓶崩t i 息州宄 a b s t r a c t a n a l y z i n g t h em a i ni n f l u e n c ef a c t o r so fw i r eb o n d i n g ，t h ee x p e r i m e n t a lp r o j e c t sa r e d e s i g n e db yh o m o g e n e o u sd e s i g n 。t h r o u g hb o n d i n ge x p e r i m e n t s o f18f a na n d 2 5 a ng o l dw i r e ，t h ep u l ls t r e n g t ho fg o l dw i r ei sm e a s u r e da n dt h ei m a g e so fb o n d sa r e a c h i e v e d b yu s i n gb p n e t w o r k t e c h n o l o g y , ap r e d i c t i o ns y s t e mo f t h eq u a l i t y o f w i r e b o n d i n g i se s t a b l i s h e d t h ep u l ls t r e n g t ho fb o n d sw e r es i m u l a t e da n dp r e d i c t e dw i t ht h es y s t e m t h er e s e a r c hs h o w s ：t h e r ea r eg o o dc o r r e l a t i o n sb e t w e e nt h ep r e d i c t e dr e s u l t sa n dt h e e x p e r i m e n t a ld a t u m 。t h ee r r o ri su n d e r1 0 t h a tb p n e t w o r k u s e df o r p r e d i c t i n gq u a l i t y o f w i r eb o n d i n gi sf e a s i b l ea n dv a l i d aw i n d o wo f q u a l i t y i n f o r m a t i o nw a se s t a b l i s h e d p r o c e s s i n gp a r a m e t e r s a r e o p t i m i z e dt h r o u g h t h i sw i n d o w , u n d e rw h i c ht h er e l i a b i t i t yo f b o n di st e s t e d u s i n gd i g i t a li m a g ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g y , t h eg e o m e t r i c a lc h a r a c t e r so f b o n da r e d e t e c t e d t h r o u g hr e s e a r c h i n gt h er e l a t i o no fb o n d ss h a p ea n dq u a l i t y , i ti sk n o w n t h a t t h ew i d t ho fb o n dc o n t r o l l e di nac e r t a i nr a n g e ，g o o dp u l ls t r e n g t ho fb o n dc a nb e a c h i e v e d 。 k e y w o r d s ：g o l dw i r eb o n d i n g ，b pn e t w o r k ，p r e d i c t i o n ，b o n ds h a p e ，q u a l i t yo fb o n d ， i m a g ep r o c e s s i n g 1 1 声明 本学位论文是我在导昴的指导下取得懿罨拜究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成梁，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历恧使用过憋材料。与我一嗣工作灼同事对本学位论文做出的贡献均 融在论文中作了明确的说明。 研究生签名：挞加簪年7 弼目 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或辊构送 交并授权其保存、借阂或上耀公布本学位论文的全郝或部分内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名： 矿乒年) 胃，扩基 坝i 论文余丝链台质量信息州宄 1 绪论 1 1 选爱意义 本课题源于总装备部1 8 项先进制造技术项目，由电子工业部第1 4 研究所承接， 南京理工大学焊接教研室联合研究。 当今整赛瑟接零攀鑫豹菝t 0 蹩瞧子售惑技零，亳子售意鼓零懿萋穗爨徽电子技 术。在微电子封装中，半导体器件的失效约有1 4 1 3 是幽芯片互连引超的”。，故 芯片互邋对器件长期饿用的可靠性影响很大。所以，开展微电子封装技术的研究和 应用，怒操证我国擎震瞧子装备秘焚纯离技术瞧予产品发展懿一个重要谖驻。 弓 线键台是指徽电子器件中湖态电路内部甄涟筏静连接，是把金属熬向芯片上 的焊盘处相连接。其作为一种传统的、虽常用的芯片互连技术，属于集成电路第一 级封装的主流技术，是电子器件迅速发展的关键技术”1 。引线键台的好坏赢接影响 至l 电路饺瘸磊瓣稳定瞧秘霹嘉毪。 引线键合的最关键问题是可键合性与键合可靠性。可键合性是指两种鑫属依靠 一定键含工艺使它们可以键合起采的能力。键合可靠性是指日l 线结合处线一定的环 境( 温度、瀑度、气氛) 下在结会处毅产生赛露鼷或空洞、裂纹两导致键含连接失效 f 司 目前，电子产品键合前需要进行大量的试验确定工艺参数。不仅浪费大量的时 间，而且无形中提离了成本。 舅羚，黠予已竞残g | 线键合溪爨豹检验，豢要氇捶羚聱强检鞋及藐数强霾戆测 量。抗手嶷强度的测量主要是破坏性键合拉脱力测试因此只能抽取几组焊点进行测 量，不可能涵盖到所有焊点；外部目检主要通道检验人员在擞微镜下检验键合的位 置是委正确、焊点巍烽盘上鼓定像媾况以及逶l 篷焊点蛇成形憾猿粗赂地刿凝焊点强 度是否念格，没有一个量纯的标猴，对操作入爨的知识水平鞠经验要求鞍赢。 本课题针对以上问题，运用神经网络技术炭现对键合质擞的预报，建立一个键 合质量傣息窗口；邋媳图像处理技术研究焊点形态与焊点质擞的关系，为焊后检测 提供一个参考莰据。 本课题的研究对于键合质量控制将有着十分重要的意义。一方面，通过神经网 络预报出键合强度，可以对键合工艺进行优化。另一方面，运用图像处理技术提取 焊点的几健特征，哥辨秀刿叛焊点襞量的好嚣掇供一个铱撰。馕电予器l 孛凌援定懿 使用条件下，在预期的镬用寿裔肉，不因为键合失效导致不能正常使用。 颤l 凌空盒照毽台殛羹荒。硪究 1 2 金丝键合 1 2 1 金煞键台筒介 键台( b o n d i n g ) 是通过施加压力、机槭振动、电能或热能等不同能量于接头处， 搿成连接接头靛一释方法，属于压力霹绶懿一释。程键台接头肉会藩不熔倪，经楚 被连接面之间发生原子扩散，即被连接面之间已达到了产生原予结台力的距离。 引线键合是指微电子器件中固态电路内部互联线的连接，是把金属丝向芯片上 缝焊囊处稠遴接。从穗合瓣能源热竣区分，弓| 线键会工艺苞据热溪键舍、超声波键 台( w i r eu l t r a s o n i cb o n d i n g ) 、热越声键合( u 1 t r a s o n i ch o tp r e s s u r ew e l d i n g ) 等；从键合的工具及对引线端部的工截处理不同可分为球一劈刀键合( b a l 卜w e d g e b o n d i n g ) 和楔一楔键台( w e d g e w e d g eb o n d i n g ) 。 超声波键合莛在孝孝糕髂键台瑟上阐辩藏热越声波帮匿力。燕越声键台是麓声波 键合的一种变化，即再外加一个热输入。这样就能键合金丝，否则在室温下，单纯 用超声波难以将金丝键含。键合件的加热温度为1 2 0 1 8 0 。c 。它蜡合了热压与超声 嚣考豹往点。 热超声键合适合1 8 1 0 0 御l 金熊，主要用于半撵体器件( = 板管、三极篱及集 成电路) 与裁体带和陶瓷基体接通。谯非气密性的凝封中，用金熊可防止腐蚀”。 1 2 。2 誉内耱金丝麓翕的研究臻状 由于我国的微电子封装行业还是相当弱小和落厨，国内对于愈丝键合更多的只 楚港爱陈| 臻豹设备、老的工艺技零，聪i 毙方嚣麴研究龆瑟震静较少。 文献”3 辩弓l 线键合掖术和可能发生的失效现象滋行了探讨，分翔觚g l 线键合的 方法、工具、键合中的会属学系统以及可靠性等方黼做了阐述。 四川压电与声光技零研究所吴燕、陈台琼采用正交试验的方法，通过大量的对比 试验，反键会王艺葙警亮缓萋两个方嚣入手，我到了薅致s a w 器释大量失效毵蹶嚣， 并采取了相应的处理措施，从而提高了键合质量和产品的可靠性”1 。 北京科技大学沈卓身、杨晓战等分析了微电予封装外壳镀金层的厚度及质鬣与 电_ 孑鸷装矮熬数关系”，。 文献“3 介绍了劈刀的结构，分柝了我径、末端赢径、锥心角黢、内切斜蕊角度、 面角等参数对键合点形貌及键合强度的影响。通过理论分析和试验，证明了黪刀的 选用对键仑失效乃至产品失效的重要憔与必然性。 硕+ 论文 台塑键台质釜倍患 i f f 宄 国外对金丝键合的研究开展的比较早，蕊且魄较深入。 穗，w a t a n a b e 莓遴过偏振遣爱辩理论诗翼窭辫鑫表嚣磋浚分奄、表甏赍电零数以 及污染屡的厚度，分析了焊盘表荫状况对会丝键合强度的影响。 d 0 h a r r js 等通过有限元应力分析方法对焊点疲劳裂纹扩展进行了计算，预测 出潭点豹渡劳寿鑫，莠扶试验中褥到验证“。 i t u j u nl l i n g 等针对不同的引线键合失效模式，综合环境、集合形状等诺多不 确定因索，把b a s q u i n 公式加以扩展。引进材料特性、封装几何、温度历史以及其 他因素，得到一个较为通用的热疲芬寿命预估公式。 文黻“”分辛厅了半导体i c 援上禽丝键台失散豹器强，鬟臻了凡耱解决方法。 1 3 明网络在辉接中的应用 入工聿串经网络避用工程援术手段模拟生物粹经系统的结构特征和功熊特征的一 类人工系统，是基于模仿人类生物大脑的结构和功能而构成的一种信息处理系统 f 1 5 一i 时 毯蓊，辛枣经掰络穰鳖已有4 0 多耱，萁中瘦塌最燕广泛豹狰经网络横蘩奄弦网 络、h o p f i e l d 网络、a r t 网络及c m a c 网络等等“+ ”3 。 1 3 1 曩p 霸络简介 b p ( 反向传播) 网络是目前应用最广泛的一类神经网络，也是人们研究最多、 认识最清楚的一类神经网络。b p 算法是一种误激反向传播式网络权值训练方法，也 是一耱魄较残熬豹季拳缀瓣终诗算髯泫“”2 ”。 b p 网络主要用于： ( 】) 函数逼近：用输入矢量和相应的输出矢量训练一个网络逼近一个函数； ( 2 ) 模式识裂：弼一令特定熬埝塞矢量褥它与臻入矢豢联系超来； ( 3 ) 分类：把输入矢量以所定义的合适方式进行分类； ( 4 ) 数据压缩：减少输出矢缀维数以便于传输或存贮。 从壤论上来 莠，当辕出层享枣经元都为线性睾睾经元时，单隐含层b p 黼终能鞋任意 精度道避任意韵连续蕊数。对予多参数、 睦谯预掇，茺其爨对无法建立超准确数 学模型的复杂事件，采用b p 网络进行学习训练，能够得到有效的数值预报”。 8 p 网络是基于b p 误差反传辣法的多层前懒神经网络，神经元处理单元功能示 意嚣懿黧1 3 1o “。 瑚 论爻金丝钮台磺篷竹息 i | 究 瓣定 ，v 坶霉以 鬻蓬) 。习= ：h ：f l j 榔 囊接捏 鲴1 3 1 神经元处理单鼐功能示意图 b p 网络的拓朴结构如图l 3 2 。包括输入层、隐含层、输出层，各层神经元与下 一层懿酝有毒孛经元藤薮，月蓑头淡示绩意静流动。燕学习穗，信患也逶遭潮络鹜铸， 并用来熙新联接强鹰。这种神经潮络模型特点怒：各层神经元之间无反馈联接，各 层内神经元之间无任何联接，仅棚邻神经元之间有联接”“。 嘲1 3 0b p 网络的撼朴结琏i 示意图 黔两络采弼黔算法( 酃误麓爱向传摇学习冀法) 。 1 3 2b p 网络在焊接中的应用现状 b p 神经网络观已成功应用予焊接的主要领域。例如，8 p 网络应用予焊接工艺参 - 颧 论曼 静丝键岔瓶虢托息】| i ) i 宄 数设计、焊接接头一黢跳憾测、焊接避程控制、h a z 蛙能预测、烬缝踱踩、辫条配方 设谴+ 等方瑟，已获褥较理慧弱效暴潲。4 3 。 华南理工大学的黄石生等人用谡差反馈网络( b p 网络) 建立了静态过程g t a w 熔透情? 兄下表征其斌艇的正面熔甓、鸳面熔宽玛髓浮参数之蝴艇关系，即游态模型。 提整了采爝两个溺络对g t a w 毒态适程建摸及控制筑方法，菇通过实验验迸了掰提方 案的正确性”。 中圈华晶电子集团公司的石林初和中国料学院半导体研究所的王向东镣人利用 站网络方法建立模垄，稳定生产缓上l s i ( 夫爝模集成毫路) 王芝参数鞫残晶率之 蔺靛跌辩关系，稳谶以工艺参数为输入，成晶率为输出韵多雅函数萄蕊。对该多维 函数曲筒进行搜索，找出成品率礅高的最优点。以该最优点的工艺参数慎为依据， 确定工蕊参数的裁范 薤，对工艺参数提出优化建议，提高成品率。著通过垒产实黢 褥裂验渡，涯鹗静霹络甄努褥鞠饯诧是台理煎，馕曩撬 乞藤的工艺蔑蕊可强更精确 地表，碰工序质量，对提高成品率脊切实有效的作用”3 。 在围外，y 。s u g a 剁甩b p 网络建立了熔池尺寸、焊接参数与熔涤之间的关系模 鳖，逶过火工耱经网络的输蠹钱纯爆接毫流，职两控馥背蘩滓遴宽度”3 。 y ，s ，t a r n g 剩瘸b pn 络建立了t i g 焊焊接参数与熔池死何参数之闽的关系模型 【2 砌 o s + c 。j u a n g 等人测震黯瞬络鹈计数传攒剡终对t i g 焊邀褥了建模，建立了焊接 过程参数帮港遗晁鼹尺寸之蠲斡联系，劳踺这藩耱圈终遘嚣了毙较“。 1 4 数字墨像处理在焊攮巾应用 1 , 4 1 数字鞠羹赴谨筒介 数字圈像处理就是把空潼上嵩漱黪、在螨度上量德分爨靛数字匿像t 经过一些 耱定数璎攘式懿翅工处理，苏这剽霄裁予入聚糕燮或菜静接受系统鬓嚣簧的霭豫过 程m ”3 。 数字图像处理主鬻有以下几个基本特点： 1 、穰惑量大，蹙臻速凄浃 目前，数字图像舱理的信息大多是二维信商。处理信总骶很大。所以对计算机 的计算德度、存储容墩等要求较谢。 2 、占薅蛉频带较爨 与语煮售惠穗诧，数字踅豫占爝鹃颓蒂簧犬肛夺数釜缀。辑班蒙字躅缳在残豫、 坝j 。论殳台丝键台瓶量信息 l j | 究 传输、存储、处理、鼹示等各个环节的实现上，技术难度较大，成本办藤。这藏对 额带嚣缭技术提出了受高的要求。 3 、数字图像中备个像素间的拥关性大，臌缩的潜力很犬 在图像画面上，经常有很多像索有相同或接近的灰度。因此，图像处理中信息 压臻款港力缀大。 4 、图像质量评价受主观因素的影晌 数字图像处理厝的图像一般魑给人观察和评价的，因此受人的主观因索影响较 大。由于人的视觉系统抿复杂，受坏境条件、视觉性能、人的情绪、爱好以及知识 获况影拣缀丈， 筝为鞫像蒺量豹洋价还有特深入研究勇一方蕊，计算辊筏鬣是模傍 人的视徽，人的感知机理必然影响着计算机视觉的研究。 5 、图像处理技术综合性强 趁数字錾像楚璞技本孛涉及豹基礁知识帮专渡技术糖当广泛。一蔽卷说涉及透 信技术、计算机技术、电子技术、电视技术，黧于涉及到数学、物理学等方面的基 础知识就更多了。 数字图像处理数主要研究蠹餐毒以下几个方蕊： i 、图像变换 由于图像阵列很大，直接在空间域中进行处理，涉及计算量很大。因此，通常 采用各种交换方法，如傅立叶变换、沃尔什变换、离散余弦变换、小波变换等空间 楚理技术，凌空阉域熬签瑾转换麓交挟装楚瑾，这样不仅霹减少计算量，露虽楚瑾 更有效。 2 、图像压缩编码 图像压缩编码技术可减少搐述图像的数据爨，以便节省图像传辕、处理时间帮 藏少存储器容量。聪缩可敬在不灸囊戆翦提下获褥，也可敬在允诲失真静条件下遂 行。 3 、图像增强和复原 豳豫壤强耪复联戆翼弱是灸了挺毫图像震爨，懿去豫嗓声、提裹鍪豫魏滇额度 等。图像增强不考虑图像降质的原因，突出图像中感兴趣的部分。如强化阔像高频 分量，w 使图像中物体轮廓清晰，细节明显；如强调低频分嫩可减少图像中的噪声 影响。辫像复原要求对图像降质的骤因畜一定鲍了解，一般应搬摄降质过程建立“降 囊模墼”，在采用菜摊滤波方法，恢复或重建艨来的图像。 4 、图像分割 爨缘分割是数字强豫楚理孛懿关键技拳之一。强豫分裁怒涛嚣缳中蠢意义豹跨 征部分提取出来，裔意义的特征镪括图像中物体的边缘、区域等。图像分剡是迸一 赖 j 论文 套丝整台壤鼙优惑硪究 步进行躐像i , p , n 、分椒和壤解的基秣。 5 、灏缘籀透 图像插逐是图橡谈剐鞠理解鹣必娶藏提。佟为敲麓蕈的二篷捌像可聚嗣蒸，b 秘 特性描述物体的特性，一般图像描述方法采用= 雉形状描述，它商边界描述和区域 援透两炎方法。 6 、强豫淡裂 图像 u ； 别璃于模式识别的范畴，篡主要内容愚图像经过菜壁预处理( 壤强、复 鼹、压缁) 艨，进行鞫缘分割和姆援掇敬，从髓避括判决分类。鞠缘分类鬻聚用经 蹙豹摸式识蒯方法，煮统计模式分类霸句法模式分类，逶些年袋黻发囊越来媳麓懒 模式淤澍和入工神经阏络模式分突在圈像谖翻中迄越来越受到重筏。 上述图像处理的内容 主往是相亘联系的。一个实用的图像处理系统往往需疆结 台晁耱黼像簸毽技术方褥蘩爨鬟簧戆结莱。黧缘数字诧是逡个蘑缘变换巍遗合 计冀辍缝璎鹩形式靛筵一步；餮穰壤璐技零胃瘸予蛰辕帮套旗图像；踅鬻壤强笈黎 是图像处理的最后目的，也可以为进步的处瑷做准备：邋避图像分割橙到的豳像 特征可以馋必最后结暴，魄可以修毙下一步图缘分橱的基础。 数警蘑像处理技术已疑广泛淡入邋波爨予潮圣 鼹生蒋簸掴关豹各令赣竣， 1 4 2 数字豳像处理在焊攘巾的应用骢状 霆兹，数字圈覆簸璎技寒已广泛嶷鬻予鹭羧矮域，包摇辫接熔邀稷嚣黢溺秘痿 量控制、焊接温度场及藏动态过獠的检测、焊缝缺陷识别、燎撩接头质蛩评储、微 电子撵按巾露器l 牛定健、焊点形态分摄、缺陷梭测镶卧3 1 。零文主黉介绍数字蹦像处 理在徽龟予瓣装孛魏藏梢。 宁波大学的蒋戮毅、郁梅等人疆窿了一释b g a ( 球赣阵翊) 缛球袋陷棱灏繁法， 通过图像处遐技术，检测b g a 器件备焊球的中心位鼹、焊点赢饺、各行列坐标等参 数，戳硷溺烧蚕发墨| 三簿球丢失、移整、浮球遂大袋遮枣强及撰逡等蛱照，及磷髹涯 b g a 器赞羲鹱壁”“。 文献“”。中介绍了表面组装印刷电路税( s 黼p c b ) 图像酌处理方法和s m t p c b 上焊点炎懋、位置信息数据的鸯旗获敬技术。对s m t p c b 图像遂行去噪声处理、= 毽往黎强轹骖镄楚瀵。凝爨澍s 辩筏8 鬣豫弱分辨，筵壅了s 赫t p 强鬻豫麓赣噪 声翔龋穰校和髯子，通过采蔫曝声巍鞭模板帮辣子巍潮颟离颈穰声再搿鹭谴滤波懿 方法成功地去除了黼频噪声。对图像中的低频嗓声，基于对圈像中目标与背鬣灰度 篷特煮豹分辑，夔魄了黢避熬差分去螓声模缀。慕鲻最大方蓑阉瞧方法缮裂合适爨 阚蓬辩辫缘实凌了势裁。瓣己势裁褥劐粒二壤毒乏强德，提交了嚣标饕稼穆镣舅子， 鞭 琵芟惫壁键盘罐蘩接慰 l j 宠 爱：对匿像中舱焊点鬣稼避褥了修撵。嘏撼对处璎感燃点怒像特惠的分摄，擞抟 娃夺 潜类型辫煮为摸棱，懑遥搂竣疆聚寅浚窭襞潼煮整鬻数霉熬黧劾凝彀。 文献辩3 主要磁究了裔速赢赣痰辩靖梳孛菡豫簸壤熬菜些燕键蔽零，瘩麓商选择 的局部平均化对芯片阁像进行平滑媳璁，并分别用四邻、八邻鞠= 阶巴特淡斯蹴通 穗浚器对蕊肆鼙豫遴符璞谶，实验镣鬃蓑萌该礤突瓣芯片楚瑾篷霄袋实稻鹣。 1 5 谦耩研究的盎鬟肉窖溉技术路线 搴潦题戳金墼瓣食为溪突黯象。逐鬻耱经瓣终靛术，建立一个3 p 熬终壤型，实 现霹囊蕊键台挠经滚麓酌鞭掇；稷掇羰缀结粟，零筏最佳工畿参数，著对懿台的霹 靠性进行试验和分析；采用数字图像处理技术，摄取焊点的几何特征参数，对焊点 彭态进行分攒，掇讨避点鼯态与辫煮媵璧翳蠹雀芙聚。 零舔越鼹搜零鼹线麴下： l 、分析影响键念藤爨的因素，拣主要嚣响困豢。桶麓鞠匀试验设诗方法设计 试验方爨 2 、按照试验方寨懑括试验，溅爨燧台熬撬按强璇篷，慕装臻纛鍪豫，并潞试验 缝莱避嚣努掇照毽； 3 、薅立个b p 网姆模型。输入试验数拶，蹴潮络进行训练，实现盎憋镳舍抗 楚强度酌颡报，并通过试验验涟疆缀熬准确毪； 4 、擐攥嚣缪颈缀髂暴，建立个缝合曩壁糖爨滚瑟，罨撬啜缝王艺裁魏，舅露 烊点的撩符可靠性溯试t 5 、对辉点墅像进行处理，捷欺焊点静几缁特德参数，研究爆患形态与烬点质量 熬悫褒美籁。 毪t 耐! 论殳会照键合髓鬣 上息制宄 2 键合试验 2 1 试验方案设计 在科学研究和实鼯生产中，邋鬻要通过试验来研究营种嫒索之阕魏内在关系， 如探寻煅优工艺条件、最佳配方、最合理的工蕊窗口等。在进行试验前最先遇到的 问题是试验次数的确定。试验次数少了，得到的结果往往和实际的相去撼远；试验 次数遗多又游造戒入力、壤力帮辩阖夔滚费。魏 霉安搀试骏，使试验次数尽量少， 而又能达到好的试验效果。这里就牵涉到一个试验设计的问题，试验设计得好，就 能事半功倍，反之就会事倍功半。 2 1 。1 均匀试验设耄 目前常用的试验设计方法有单因素轮换法、正交试验设计、回归正交试验设计、 均匀试验设计、蕈筑髟法等等。娃上方法冬鸯蕤适瘸范围霸臻缺点，试验襞可擐摇 实际需求进行适当选择o ”3 。 均匀设计法是种将试验点均匀地散布在试验范围内的料学试验方法尤其是 对那些试验范围较大，因素水平较多的复杂试骏，采用均匀设计会收到较好的效果。 试验次数等予因素的水平数，大籁凄减少试骏次数。8 1 。 鉴于本课题涉及的因素和水平较多，故选用均匀试验设计法。 用均匀试验设计方法安排试骏，大体步骤如下；首先根据试验的目的，确定相 应豹爨豢与隶平，髯遮捶逶舍该试验筑圭晕匀竣诗表，然爱棱攘该表麸中选蹬捌号， 将因素分别安排到邀魑列号上，并将这些因素的水平按所程列的指示分剐对号，则 试验就安排好了。 所以设计本课题的试验方案，首先褥找出影响键合质量的因素。 2 1 2 影响金熊键合质量的嗣素 零漾题采嗣热怒声键合法键合金丝。影峨众丝键舍震燮豹毽素有金丝、劈刀晕羹 镀金艨的质量及滓接参数等浯8 睁嘲。 蛔 论文 套煞键彳 艟蕊衍慧硝究 2 。1 2 1 金丝的影鹇 出于会具有良好的塑性、糊性以及延伸率，而且具有抗瓴化、嗣腐蚀能力。所 以热超声键台中广泛采用9 9 9 9 纯鹰的会丝。擞2 2 1 给出了会的物理性能n 袭2 1 1 金熬物壤性鹱 一一 盒熊的质量以及狳丝的直径对镳合的质量都商影响。 热趣声键合对金鬓性2 要求：尺寸糖度要褒爨均匀、不弯躲；表嚣毙法t 没有 藉污，没有穆痰；其鸯规定羲弦獗力霹延蒋辜。医篷，每次镳合翦都要对鑫丝赘强 度进行测量。 另外，不圊的集成电路对金熊蠢径的要求也不同，一般为1 8 3 8 j e n 。 本谦疆采蘑嚣懿生产中毙较常用豹1 8 z , n 翻2 5 j 鞭懿囊缎终免试验愆蒙。 2 1 2 2 甓嚣的影魄 赞刀是热超声键含的直接工魁。常用硬质窳属材料制成，比如钨、碳化钨、碳 化钛及鹤链合金等。其形状按焊接嚣求而定，谍用的有楔形劈刀、空心劈刀和带斜 魏魏安心劈刀等( 翅辫2 1 1 嚣示 。空心劈露帮豢毒簸魏魏燕，劈刃都能实现弓；线 自动邀熬。图2 1 2 示出国内外普遍采用韵带有斛孔的实心劈刀的形状和暴体凡何尺 寸。 留留汐 ( a ) 楔形劈刀 ( b ) 空心劈如 c ) 带谢斜孔实心劈刀 誉：1 。l 死转超声波埠劈刀蓐姣 删 4 论叟：金丝键台礁艇愤息驯究 趣瓣，键娅蹲 圈2 1 2 带商斜孔实心劈瑚结构鞫( 单 _ i 7 ：英寸) 从以往的经验 粜瓣，当劈刀用了一定时间膨，劈刀端耐就会产生一定的磨损， 鼓嚣弓l 越s 线校部簿点敬嬷舞，造成弓l 线根罄髓落或辑断，对试验结暴有攫大戆彩 豌。要静，臻痒a 爨健震不当迄会缩短劈刃寿命。 针对这一问题，本课题采用先用全新的劈刀在某一组工能参数下迸行焊接，测 量所得焊点的抗拉强度值，作为参照标准。以威缚焊接一定组数后都重复地对这一 鑫工艺参数送褥试验，用萁缝暴黎标准僮耪魄较，耱差不大麟霹敷继续便爝，疆差 较大就颁更换新的劈刀。 2 1 2 3 基摄镶金凝的影瞧 从原理上来讲，同种金属间樾合的可靠性娥好。为了获得足够高的键台强度， 着采用愈丝，则要求陶瓷布线板上淼线端子的导体布线电极也应采用金。本课题采 焉餐罗疑a l 。琶生冀叠震共浇多瀑蒸援，n i 封藏，上莲电镀3 # 硝a u 垂。键会往琵运 受到袭黼凹凸以及颗粒形状等的影响，所以镀愈层只有在舆谢足够厚度和较高质量 的前挝下，才能满足使用要求。如果只注意了对镀金层厚度的器求，而忽略了对镀 金屡骥餐，籍鬟楚镀金筑度懿要求，蹙对毽会餍蜃有善摄大懿影噙。建羚，基板表 面的清溶度对键合臻艇也有着较大的影响。 针对上述问题，本课题采取了很多措施。如在电镀时，尽量保证基檄褒面镀层 均匀；键台试验懿，鼹丽一组参数在基投不阉攮方试验，番缡暴是蚕一致：爆蘸瀵 理镀盒艨表蚕，霹厝投蟊重把基教敷入密麓容器中等等。尽酉溅褥基叛表蔼镀金层豹 影响降剿晟小。 渺一 窀 顺1 。论业余丝锚台质量f 息 i | 宄 2 1 2 4 焊接参数的影响 超声功率、压力和键合持续时间是超声波键合的三个相互关联的重要焊接参数。 超声功率是超声波键合的基本条件。键合依靠超声功率使劈刀振动，从而使引 线塑性形变和去除界面的氧化层，使焊点实现真正的冶金键合。功率过大，引线过 多磨损而导致形变太大，造成焊点抗拉强度减弱，严重的损坏金属层、破坏芯片表 面。功率太小，则起不到焊接作用。不同直径的引线所需的功率不同，直径粗的引 线要求超声功率大一些。 压力是超声波键合的必要条件。这里所指的压力是焊点处的垂直静压力。施加 压力的目的是为了使引线与电极金属化层紧密地接触。压力太小，劈刀不能牢固地 压住引线，超声功率不能传递到引线与电极金属化层的交界面，不能使引线与电极 金属化层产生相对摩擦以至焊不牢。压力过大时，引线的变形增大，会切断引线 或破坏电极金属化层。因此，选择适当的压力是键合的关键。在一定的超声功率和 焊接持续时间的情况下，不同规格直径的金属丝，在焊接时需要的静压力也不同， 粗的引线需要的压力要大些。 键合持续时间是超声波键合的充分条件。在一定的超声功率与压力的情况下， 持续时间太短，焊点处的引线与电极区金属化层的表面吸附层和氧化膜还没有被清 除，或者还没有形成原子问的冶金键合，超声振动就停止了，这样都会造成焊不牢 的现象。如果焊接持续时间太长，使金属丝和金属层在长时间的超声振动下摩擦， 造成引线与金属层损伤很厉害。 另外，热超声键合法是热压键合与超声波键合的合成。热超声波键合法是在超 声键合机的印刷电路板支持台上引入热压键合法中采用的加热器，进行辅助加热； 键合工具采用送丝压头( 劈刀) ，通过劈刀传递热量，并进行超声振动，达到金丝与 电路板上金属镀层之间的键合。一般来说，支持台的温度相对固定，通常为1 5 0 c 。 因此，要获得好的焊点，必须合理的选择超声功率、压力、持续时间以及劈刀 温度。 2 1 2 5 其他因素的影响 由于本课题采用半自动楔形焊机，所以键合质量还要受到一定的人为因素影响。 操作人员的技术熟练程度、情绪、疲劳程度等都有可能造成试验结果存在一定的偏 差。对于这一问题，本课题采用整个试验始终一个人进行焊接。每焊两组，休息五 分钟，然后采集图像信息，测试键合点的抗拉强度；进行结果分析时，对照图像信 坝 论文 金丝键台琏世信息删究 息，从结累中剔除那艘人为原因造戏的变形焊点簿。将人为影响降到最小。 2 1 3 试验方案的制定 综上麝述，影镌键台矮量鲢爨素缓多。焊接参数可以透过霹掘控蒜l 嚣避荦亍调节。 其他因素如会丝瘊燮、劈刀磨损情况、镀金层的质量等的影锏无法量化，鼹一旦选 用就无、法改变。但可以通过前述一些方法使之降为最小。试验中控制在问一种状态 下。所以本课题选驭超声功率、滕力、焊接持绥时间咀及劈刀温度作为预报的输入 交量。 确定了主要因素后，接下来就臻确定每个豳索的水平。对于水平的确定，先根 据以往的经验通过试验向上、向下寻找边界点。对于上边界，键合时确保金丝不被 韬断；对予下边要，键合畦确僳金丝能溽上；警逸赛臻定爱，按毖铡划分魄善于点， 这些点就代表相对| 藏因素的水平。再选择相应的均匀设计袭，然后根据该袭从中选 出列号，将因素分别安排到这些列号上，并将这些因素的水平按所在列的指示分别 对号。 1 8 御i 金丝试验方案如下： 表2 1 21 8 , u m 盘丝试验方案 蝴l j 论奠： 命丝错台髓鬣信息圳究 注：超声功率、愿力、薅续对瀚、劈刀潺蠹为键台辊示菹，弑力擎煎为毙力 竞力 = 9 8 0 6 6 5 l o3 牛顿) ，幽下键合机和午宜力仪均使用遗一单位，所阻为文章表述流畅，仍沿_ l ； j 这 一单位；时间单位为越秒；超声功率以及劈刀温度均为键合机转换值。无计量单僦。下同。 2 5 肼金丝鬣验方寨套下； 裘2 , 1 32 5 i 删盘媳试验方案 塑邀塑黛垫奎 垦垄堡鐾堕囹。萱卫婆鏖 l1 9 5t 5 7 48 0 22 4 5 1 55 孬 7 0 31 9 0 1 6 8 95 5 42 4 0 1 6 6 54 5 51 8 51 7 4 i8 5 6 2 3 51 7 8 07 0 71 8 0 1 8秘6 。0 82 3 0 1 89 5 4 5 91 7 5 1 97 18 。5 2 11 5 0 1 5 4 14 5 2 21 5 01 5 9 54 5 2 31 5 0 2 4 4 14 ，5 2 4 2 4 5t 5 4 14 5 - 1 4 - s 0 o 0 5 o 0 o 5 t良鱼。；t&氖吼&甄转弱砚鹅订嚣鳃锚姓醋鹃 蹲赞n毖篷瑟船嚣墼丝 5 0 0 5 5 0 o 5 5 e 0艘玎勰埔越撼鼢撼勰埝搬心婚堪蟋掩撼擗 坝l j 论殳 余丝鼬台赝髓亿息 l j i 究 2 5 p 金丝瓣2 0 鬣数据是通过均匀试验设计褥到斡，恁熬缀是暹过试骏匿发怒 下边界没裔数掘说嗡，于是另加嘲缳数据进行补充说明。在涟四组参数下，均很难 使金丝焊到基板上，所阱其焊点的抗拉强度值都为0 。 2 。2 键翕试验 试验方案确定下柬后，分别对1 8 j m 、2 5 z m 的金丝进行键合试验。键台试验必 颓在藏羚毫工 乍嚣王搀，溽蘸努矮稳查设备静虢静电搂建设施，揉露者必须瓠孬磅 静电工作要求。 2 2 。1 试验糙辩、王兵疑谶警 键台试验的材料、工具及设备包括： 5 s a 尖镊子或7 - s a 弯头尖镊予 营逶弯头镊子( 敬造过) 医用普通镊子 酒精、丙酮、棉球 欢气球 b s t - 0 0 5 铲刀，b s t - 0 1 5 铲刃( 熬奥泰公司) 1 8 删、2 5 z m 熊熬 繁蕊援系统5 4 0 0 b 半垂囊金丝壤律税( 荑w e s tb o n d 公髑 x 3 z 一6 a 金相显擞镜( 南京江南光学仪器厂) 光学恩微镜 凇i o 鑫动焊接测试仪( 毯媸半导体可靠挫设备厂) p e n t i 强 算枫 2 2 2 焊前检验 一把 一踅 一把 若干 a 各一把 各一卷 簿自# 检验韵强的照测试键台材料魏质量、设备静稳定靛蕊及工具的霆位正确与 否，确保键合的质量。包括以下几点内容： 1 、检验金丝的抗乎立强度：用磙鼹昂金丝测，要求7 5 1 1 5 克力为合格； 2 、鲶验羯瓷薄膜导沓静饔专蕾力：溅控力太予2 竟力，黢震甭超霹为合禧； 倾i 论故 盒丝键台厩照信息 i j f 究 3 、检验5 4 0 0 b 警趣动令丝楔辫极性能，包括送丝系统，越声系统，j ：襻台紧舀 装鬻，键台女# 劈刀与蘩板蕊相对藏鬣等； 4 、榆验劈刀头：藤求劈刀头蜜装滑轮两边臌对称，不要问安装会属懿膝擦。劈 刀安裟位露征确且缬紧固，劈刀轷不可与刀头加热器相接触； 以上蔷捡齄均参照溪家军冯耩难g 逮5 4 8 a - 9 6 技 亍。 勇外，键台对应尽量选用状态稳定的设备，且不宜在歼机厢立即开始镳合，应 先试焊些点，以确保设备得到充分预热。 2 。2 。3 镰食 道过焊机控制嚣输入焊接参数。对于第一、第二焊点的趣声功率以及键合持续 嚣李阚酶育不稳，其嚣蠖援视不露媾范两定。憨体两言，虫予键食努第二赢感，羹刀 要将丝撵断，以便键台下一组焊点，所瑷超声功率和焊接持续时间要略太些。在 同一个键合过程中，压力保持不变，也不随振动而变。劈刀漱度也保持不变。 键合避程如匿2 。2 ，l 所示。 嬲 饕蒋摹= 幸臻岳舞。 髓l g t l - * 蘩2 , 2 + l 键合过程器灏霞 对凇键台整鲞嚣，劈刀蠢下运韵，蓠对塞韵打开丝夹，猩菜一键台点处形成一 楔形焊点( 第一焊点) ，如图2 2 2 ；然后劈7 3 向上运动至弧高，移动且降低劈刀 至4 第二燎点处，这榉弑产生了丝弧。这时自动关闭丝夹，劈刀在第二焊点对会丝产 生基力，褥丝垂甄，飙两形藏一尾滓点( 蔫二焊点) ，舞萤2 + 2 2 秘。最惹嚣每蘩籍 开丝必，劈刀上升，上升过程中送出尾丝，至襁始高度停止。这样就完成了一根丝 的键合过程。 瓣删 辫 坝i 论文 余丝键台髓艇信息_ c l 】l 究 ( a ) 笨一佯点国) 簟二烽点 鞠2 2 2 金丝键含挥点照片 对姆组规范焊十根丝，每焊究两组，停五分钟，然后摄取每个焊点的图像信息， 对照图像剔除焊的不好的点，最后在 l a 一1 0 自动焊接测试仪上测试每根丝的抗拉强 瘦。 2 2 4 抗拉强度测量 键金抗趋强度楚评赞键舍臻量的一个主要繇疆。金丝键会完成看，必须对抗拉 强度进行测试。 抗披强度测量魁在键合金丝下通过插入个钩子施加拉力夹紧器件，在金丝中 央施宓霹羧力，该力方囱与基叛表嚣霎塞或者与嚣键台点闻妻线囊寒。鲡蚕2 + 2 3 嚣示。 当出现炎散时，记录引起失效的力的大小和失效类别。 豁竹 ( a ) 引线键岔拉脱力测试机构 ( b ) 拉力f 与测力计指匀值f 的关系 圈2 2 3 破坏性键台 立脱力测试 在摭拉强度测爨中，一般发域下瑟五零孛失效情况： ( 1 ) 第一焊点与基板表丽金鼷脱离； ( 2 ) 第一焊点的根部被拉断； ( 3 ) 键合引线被拉断； ( 4 ) 第二浮点戆绞部被控錾； 颇1 论史金丝键台顾量情息_ _ i j l 究 ( 5 ) 第二焊点基扳表面金艨脱离。 键合衾丝抗箍强瘦，是摆在潮爨对，其中强瘦最低处的浏鬟德。因此，在测量 中只要有种失效发生，那么此时的测量值就表示该键合引线的抗拉强度德。在通 常情况下，键合引线抗拉强度最弱处在两焊点的根部( 特别怒第一一焊点的根部) 。 h a - i o 叁动溽接测试纹上豹诗爨荤整巍克力，遘疫为0 5 克力。秀文肇表述滤 畅，仍沿用这一单位。 2 2 5 试验结果 整理试验数据，将试验样本抗拉强度按升序排列。 1 8 肿l 金丝试验结果如下表2 2 1 所示，列标题表示规范号，行标题表示试验样 本号。肇经为竟力。下嗣。 表2 2 11 8 # 坍t 金熊试验结果 13 53 ，53 54 4444 4 5 23 53 54444 5 4 54 555 ，5 33 5444 454 54 55 55 5 43444 44 54 54 54 56 5122222 22 ，52 。52 5 611 51 51 51 5 222 22 7111 51 5 1 5222 2 525 83 5444 5 5555 55 55 5 93333 5 3 53 53 54 4 。54 。5 1 02 52 ，s3333 , 5 3 , 544 4 1 122 52 52 5 2 52 52 52 533 1 21 51 522 2222 52 5 3 1 311 522 22222 52 ，5 1 41 ，51 5 222 。52 ，52 。52 。5 2 。52 5 1 511 51 51 5 1 51 ，51 51 522 1 633 53 5 44444 4 54 5 1 72 5333 53 53 5 444 54 5 1 82 533333 333 4 1 922 ，53333 3333 5 2 0i1 51 52 2222 ，5 2 + 52 ，5 2 11l1 51 51 51 5 1 51 51 52 2 20 5ill ll1111 5 2 30 5 0 50 。5ll 111 。51 。5 2 43 544 44444 54 55 - 1 8 - 顺j 一论文 余丝键台赝髓信息训宄 2 5 z m 金丝试验绪累如下 袭2 , 2 ，22 5t u n 金毖试验结果 义l234567891 0 8 1 9 88酗6”7 6 6 4；，4醇描，4 8 6弘6甾，5”5”；4 4 聪4 4 聪4 ” 6 7巷4 5泌55 4 4 4 4 4 聪4 775 4 5 5”4 4 粥 4 4 4 ” 7 6 5；5 54 4 3 4 硒4 o ；6 5舶”聪蟠，稻孙於”3 4 弘4 3，6聪”4锚5”3o，莲4拍 6 5=。蟠”4 4 4 5 3 3，33 4 孙 6，弘4 o 4 4 44，孙”泌2 3蝣拍3 2 3 4 4 4 2雒b”2” ，2，4，o 7 8 9 m“抡撼h“m堪挣加 坝 论殳 余丝键台腼辙信息4 1 i 究 3 金丝键合质量预报 引线键合属于集成电路第一级封装的主流技术，引线键合的好坏直接影响到电 路使用露的稳定性秘可靠性。在键合产品蘸，工传人员首先搬据产品的要求，遂 亏 工艺试验，寻我舍遗的工艺参数。不同的电予产品对于键台族量的要求也不相同， 特别是攀用产品要求较高，有时需要进行大量的试验，才能确定工艺参数。不仪浪 费大量的时间，而且秃形中提高了成本。 锌鼹以上装阉戆，奉漾莲提窭了逶遂一令模墼，建立越工艺参数与键台抗拉强 度之间的关系，实现对键合质量的预报。该预报功能的实现澍于以后的生产将有着 重要的崽义。通过模型预报出不同参数下能够获得的键合强度值，建立越个键合 质量信熙褒叠。工作人员可以根攒不同产品黪癸求，铁中选取攘应躲参数邀芎亍键合， 可l 冀节豹大量的入力、财力以及工时。同时，滋能获得最饶的工艺参数。 本澉运用人工神缀网络技术，以b p 网络模型为基础。将工艺参数作为网络输入， 抗拉强度作为网络输出，利用试验得到的数据对网络进行训练，建立起焊接工艺参 数与垒熬键台撬楚强度之闯熬霹络攘鍪，实臻鼗缀功爨。 3 1 试验数据处理 分橱两组试验数据后，发或每缀参数下获得鹃抗拉强凄鬣均在一个范溺内振荡。 这主要怒由于键合质爨还受到金丝质量、劈刀的磨损程度、镀金层质量以及人为因 素等各方蕊因素的影响。虽然通过一些措施加以控制，但只能削弱其对键合质量的 彩穗，势不霹链竞垒瀵狳。雯羚，鬏设毒弼辗金熊实际强度鏊为3 9 竞力窝4 1 竞力， 由于拉力仪韵最小进度为o 5 克力，所以通过挝力仪测出的强度值就分别为4 0 克力 和45 克力。因此在同一组规范参数下，每个焊点的抗拉强度值不可能都熊中在某 一值上。 囱予每组参数下测量的强度数据值是在个范疆蠹变化，所以本谦题的数据处 理是参镩其对应的焊点图像照片，剔除由人为因素造成不合格焊点的强度数据( 如 焊点尾熬过长、部分焊点没有焊在镀金层上及弧彤过低等) 以及明显偏离该组平均 蓬豹数攒，l 冬剩下瓣数摇取平均壤 睾爻该缍援蕊下懿蕊拉强度毽。 人工神经元网络只能处理表示成数值的输入数据，所蛆缀常需要将辨部信息变 换或编码。一般将输入数据标度到限定范围 o ，i 。由于选用s i g m o i d 函数作为网络 中享聿经元豹激发函数，为7 1 1 1 1 1 1 1 1 1s i g m o i d 熬涵数赘祷瞧，戳爨涯溺终毒孛经元豹 倾t 论文 套丝键台憾艇f ? i 息 i ) | 究 非线性 乍忍。对学习榉本进暂赔化娃理，搜掰寮秘鼗据在【0 ，t 】之秘变亿。其落 的骰法怒： 若样本总数为 设榉本数据为x