弹坑与失铝

马勉之(天水华天科技股份有限公司，甘肃 天水 741000)

摘 要：本文主要阐述了弹坑、失铝产生的原因，并提出相应的解决办法。

关键词：弹坑；失铝；封装；压焊

中图分类号：TN305．94 文献标识码：A

我们在封装过程中或产品失效分析时经常遇到弹坑与失铝现象，这种现象给产品的可靠性造成间接或直接的破坏，也是经常困扰我们的一个工艺难题。下面结合我们在生产实践中的一些经验与大家共同探讨这一问题。

1 弹坑、失铝的定义

弹坑与失铝是在封装过程中压焊芯片时产生的一种现象，有些芯片压焊过程中借助压焊机的检测功能(WBMS)，在高倍显微镜下就能直接发现，有些芯片只有经过上机失效后，再进行解剖、腐蚀才能发现。

弹坑——压焊时输出能量过大，使芯片压焊区铝垫受损而留下小洞。具体实验方法如下：将压焊后的芯片在不加热的王水中腐蚀24小时，然后在高倍显微镜下观察，会发现芯片压焊区有针孔大的小洞，颜色呈彩色。

失铝——压焊时输出能量过大，使芯片压焊区铝垫撕裂。将压焊后的芯片在不加热的王水中腐蚀24小时，然后在高倍显微镜下观察，会发现芯片压焊区有铝层脱落现象，颜色呈黑色。

2 弹坑、失铝产生的原因分析

弹坑、失铝是制造过程中失效机理之一，其产生的原因可用图1的鱼刺图形来表示：

具体分析如下：

①压焊过程中工艺参数设置不当。我们知道影响压焊质量的参数主要包括超声功率、压力、压焊时间以及温度。在超声热压的过程中，虽然金属流动的各方向相同，但在芯片中堆积缺陷的方向往往在劈刀运动的方向，这说明超声能量能把缺陷引入到单晶硅中，以至于有造成弹坑与失铝的可能。通过工艺试验对经过不同功率参数、压力、时间以及温度压焊完的产品进行分类比较分析，我们发现，没有超声能量或小的超声能量而只有温度和压力是不能引起弹坑与失铝现象，也就是说超声功率是引起这一现象的最主要根源。

②假如压焊前芯片压焊区已被污染，那么此时压焊的工艺参数必须重新设置，包括所要求的压焊质量。为保证压焊的金球剪切强度，被污染的压焊区要求有更大的超声能量和更高的温度，但这样就为制造弹坑或失铝创造了条件。当然压力也需要调整，因为最佳的压焊压力会产生更有效的能量传递，这样会降低压焊所需的总能量。

③芯片压焊区铝垫层太薄。在制造大圆片时，因为蒸铝工艺上的问题或出于成本的考虑会导致一批大圆片出现压焊区铝层结合不致密或太薄。当压焊时劈刀在铝垫上振荡就比较容易将铝垫撕裂或留下空洞。

④压焊夹具是否完全密合、金丝的软硬、劈刀型号是否选用适当、劈刀安装是否倾斜都是造成弹坑或失铝现象的隐患。

3 弹坑与失铝的解决办法

弹坑与失铝是一对孪生姐妹，对某一类芯片而言，随着超声功率的不断变化，弹坑与失铝出现的频率也在变化。超声能量越大出现弹坑的频率就越高，失铝出现的频率相对就低。在解决这一问题时有一个原则，那就是先调整参数使内焊点打不粘，然后逐步增加功率、压力以及压焊时间，直到金球剪切力达到工艺要求为止。不要过分追求过大的剪切力，而追求金球剪切力的CPK值。在实际批量生产过程中会遇到压焊区铝垫面积大小不等的各类芯片，压焊区面积大小不同，则解决弹坑与失铝的办法也不尽相同。具体情况如下：

①压焊区面积较大的芯片(金球直径尺寸＞75μm)可用加初始压力(Initial force)的办法解决。在实践中经常将此数值设置到130-180g之间；1st force time的数值设置在20-30clocks之间；force ramp time的数值设置在20-30clocks之间。这样在超声能量没有加到压焊区铝垫之前，先加一个压焊初始压力让金球先压扁变形，在超声功率作用时就有面积较大的金球覆盖在铝垫上而不至于将铝垫撕裂或留下小洞。

②对压焊区面积较小的芯片(金球直径尺寸≤75μm)可用设置预超声能量的办法解决。因为压焊区面积小，金球变形不能过大而超出压焊区造成短路，因此采用以下的办法来解决弹坑与失铝问题。在较大的超声功率作用前，先加一个小的超声能量将金球在铝垫上振荡压变形，这样就可避免因较大的超声功率作用导致能量过大而将铝层撕裂或留下小的空洞。当然降低dp的高度，让压焊头以一个较低的速度平缓地运动到芯片压焊区铝垫也是解决弹坑与失铝的一个有效办法。(见图2)

总之，随着芯片压焊区铝垫工艺、材质的不同，要随之调整压焊工艺参数，同时也要做好批量生产前的工艺验证工作，防止出现弹坑与失铝现象，使产品的可靠性得以保障。