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紅外遙控接收放大器引線鍵合工藝參數(shù)對封裝質(zhì)量的影響因素分析

2015-05-30 10:48林桂元
關(guān)鍵詞:影響因素

林桂元

摘 要:紅外遙控接收放大器在各種電器上有廣泛的應(yīng)用,文章主要針對紅外遙控接收放大器金絲鍵合主要工藝參數(shù)對封裝質(zhì)量影響因素進(jìn)行簡要的分析,并進(jìn)一步提出引線鍵合工藝參數(shù)對封裝質(zhì)量的影響因素,以供參考。

關(guān)鍵詞:紅外遙控接收放大器;參數(shù);影響因素

中圖分類號:TN405 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1006-8937(2015)05-0005-02

紅外遙控接收放大器是將光探測器(PD)與前置放大器(IC)封裝在一起,以實(shí)現(xiàn)遙控信號的接收放大。環(huán)氧封裝體可濾除可見光干擾,檢波輸入信號可直接由微處理器譯碼,方便使用,主要應(yīng)用于家用電器(電視機(jī)、錄像機(jī)、VCD、DVD衛(wèi)星接收機(jī)、空調(diào)器等),用途非常廣泛,市場很有前景。

1 紅外遙控接收放大器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、主要制作工藝流

程及特點(diǎn)

①產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

②紅外遙控接收放大器產(chǎn)品制作的主要工藝流程如下:裝架→燒結(jié)→鍵合→翻轉(zhuǎn)→封裝→電鍍→切筋→測試。

③紅外遙控接收放大器產(chǎn)品具有如下特點(diǎn):

IC與PD一體式封裝,小巧玲瓏。

封裝體可濾除可見光,抗干擾性能好。

可直接由微處理器譯碼,方便使用。

2 紅外遙控接收放大器引線鍵合(Wire Bonding)

2.1 引線鍵合工藝

引線鍵合過程是引線(gold line)在熱量、壓力或超聲能量的共同作用下,與L/F發(fā)生原子間擴(kuò)散達(dá)到鍵合的目的。采用的鍵合工具是劈刀(capillary),第一焊點(diǎn)為球形,第二焊點(diǎn)為鍥形,鍵合條件為熱超聲鍵合,如圖2所示。

2.2 引線鍵合質(zhì)量判定方法

鍵合質(zhì)量可通過雙面體視顯微鏡(在40倍率下)進(jìn)行初步判定,更準(zhǔn)確的方法往往通過破壞性實(shí)驗(yàn)判定。

常見的破壞性實(shí)驗(yàn)有金絲拉力測試(BPT)、金球推力測試即剪切力測試(BST)。其中影響金絲拉力測試結(jié)果的因素除了工藝參數(shù)以外,還與金絲參數(shù)(純度、直徑大小、延展性、硬度)、吊鉤位置、弧線高度等有關(guān)。因此除了確認(rèn)金絲拉力值外,還需確認(rèn)金線斷裂的位置。實(shí)際生產(chǎn)過程主要采用五點(diǎn)法進(jìn)行判定:A點(diǎn)即第一鍵合點(diǎn)與電極接觸面;B點(diǎn)即第一鍵合點(diǎn)的頸部;C點(diǎn)即金絲焊線中部;D點(diǎn)即第二鍵合點(diǎn)根部;E點(diǎn)即第二鍵合點(diǎn)與L/F接觸面,如圖3所示。

3 引線鍵合工藝參數(shù)對封裝質(zhì)量的影響因素分析

3.1 鍵合溫度(bond temperature)

引線鍵合工藝對溫度有較高的控制要求,不能太高,也不能太低,紅外遙控接收放大器的鍵合溫度為180 ℃~190 ℃,實(shí)際值需根據(jù)L/F材質(zhì)進(jìn)行調(diào)整,一般溫度在165 ℃~220 ℃之間。

過高的溫度易產(chǎn)生過多的氧化物,從而影響鍵合質(zhì)量,同時,溫度升高后熱應(yīng)力會更高,鍵合設(shè)備PR識別系統(tǒng)的測精度隨之下降,鍵合位置偏移導(dǎo)致產(chǎn)品可靠性下降。過低的溫度會降低金絲與L/F間的粘結(jié)力,容易出現(xiàn)虛焊不良。在實(shí)際生產(chǎn)工藝中,鍵合設(shè)備溫控系統(tǒng)都配備預(yù)熱區(qū)、冷卻區(qū),來提高控制的穩(wěn)定性,如圖4所示。

試驗(yàn)表明,在其它鍵合參數(shù)相同的情況下,過高的溫度容易導(dǎo)致切絲,過低的溫度容易導(dǎo)致虛焊。

3.2 鍵合時間(bond time)

通常的鍵合時間都在幾毫秒,實(shí)際生產(chǎn)中會因鍵合點(diǎn)不同、L/F材質(zhì)及表面鍍層狀況,鍵合時間也不一樣。紅外遙控接收放大器第一焊點(diǎn)的鍵合時間為5~10 ms,一般設(shè)定在8 ms左右,第二焊點(diǎn)(194合金銅、表面鍍Ag層厚度≥2 um)的鍵合時間為10~20 ms,通常先設(shè)定為15 ms,再根據(jù)實(shí)際焊點(diǎn)質(zhì)量狀況進(jìn)行微調(diào)。鍵合時間越長,引線球吸收的能量越多,鍵合點(diǎn)的直徑就越大,與電極接觸的強(qiáng)度增加,但頸部強(qiáng)度將降低。過長的時間,會使鍵合點(diǎn)的尺寸過大(超出焊盤范圍),對于紅外遙控接收放大器第一鍵合點(diǎn)是致命的,使得chip內(nèi)部線路出現(xiàn)似短非短,導(dǎo)致成品可靠性下降。同時隨著溫度的升高,金絲跟部區(qū)域發(fā)生再結(jié)晶,導(dǎo)致頸部強(qiáng)度降低,增大了頸部斷裂的可能。過短的時間,會使引線球吸收的能量不足,導(dǎo)致出現(xiàn)虛焊不良。因此,合適的鍵合時間顯得尤為重要。

綜上試驗(yàn)表明,過短的鍵合時間容易出現(xiàn)虛焊、壓不上,特別是第二焊點(diǎn)。過長的鍵合時間容易出現(xiàn)第一焊點(diǎn)歪球,第二焊點(diǎn)切絲現(xiàn)象,見表1。

3.3 超聲功率(USG power)和鍵合壓力(bond force)

超聲功率對鍵合質(zhì)量和外觀影響最大,它對金絲球焊的變形起主導(dǎo)作用。紅外遙控接收放大器第一焊點(diǎn)過小的功率會導(dǎo)致金球成型不佳、壓不上、虛焊等不良;過大的功率導(dǎo)致第一焊點(diǎn)金球扁平、根部斷裂、第二焊點(diǎn)切絲不良。超聲功率和鍵合力是相互關(guān)聯(lián)的參數(shù)。增大超聲功率通常需要增大鍵合力使超聲能量通過鍵合工具更多的傳遞到鍵合點(diǎn)處,但過大的鍵合力會阻礙鍵合工具的運(yùn)動,抑制超聲能量的傳導(dǎo),導(dǎo)致污染物和氧化物被推到了鍵合區(qū)域的中心,形成中心未鍵合區(qū)域。相同功率不同壓力的鍵合不良統(tǒng)計(jì)見表2,相同壓力不同功率的鍵合不良統(tǒng)計(jì)表見表3。

綜上試驗(yàn)表明,過小的壓力或功率值容易導(dǎo)致虛焊、壓不上等不良,過大的壓力或功率值容易導(dǎo)致歪球、切絲等不良;第二焊點(diǎn)的功率及壓力值須比第一焊點(diǎn)的值大。

4 結(jié) 語

綜上對紅外遙控接收放大器金絲鍵合主要工藝參數(shù)對封裝質(zhì)量影響因素的分析,表明了合理設(shè)置工藝參數(shù)對封裝質(zhì)量的重要性,我們只有不斷對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析,優(yōu)化工藝參數(shù),才能控制好封裝質(zhì)量。隨著產(chǎn)品封裝尺寸越來越小型化,新材料、新封裝形式的應(yīng)用,對引線鍵合技術(shù)提出更高的要求,除了不斷優(yōu)化工藝參數(shù)外,還需引進(jìn)更先進(jìn)的鍵合設(shè)備,以提高鍵合精度,確保產(chǎn)品封裝質(zhì)量更上一層樓。

參考文獻(xiàn):

[1] SJ/T 11466-2014,紅外遙控接收放大器[S].

[2] 郭繼忠,黃繼昌,申冰冰,等.控制專用集成電路及其應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社,2006.

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