鍵合絲焊接質量控制說明

本文重點圍繞焊點機械性能指標的測試方法和判定標準，介紹了焊點測試、過程能力指數以及焊接不良的分析。

鍵合絲焊接質量控制鍵合絲焊接質量的控制需綜合考慮焊點的機械性能指標、測試方法和判定標準。通過合理的測試方法和抽樣檢驗策略，可以確保焊接質量滿足產品可靠性和穩(wěn)定性的要求。

1 焊點測試

焊點質量考量

要評估焊點的質量是否達標，主要關注其機械性能指標，如焊接強度和焊接有效面積。電阻率和電感寄生參數雖也重要，但除特殊高頻產品外，通常不作為常規(guī)考量。

焊接機械特性

焊接強度：通過焊點拉力和推力測試來評估。拉力測試衡量焊線在拉伸方向上的承載能力，而推力測試則檢查焊點的抗剪應力強度。

焊接有效面積：通過快速拉扯掉焊點后觀察殘余面積和被焊母材的結合情況來確認。在金線和銅線情況下，觀察IMC（金屬間化合物）結合面積；在鋁線情況下，觀察鋁殘留面積。

焊點拉力測試（BPT）

基本原理：使用鉤子在焊線中間或某一不固定位置施加拉力，直至焊線拉斷。讀出拉斷時的拉力值，作為焊點拉力強度特性的表征。

數學問題：G.G. Haman的論著中描述了一個拉力計算模型，考慮了鉤子位置、角度、焊點位置、弧高等因素。通過計算，可以找到使拉力值最大的鉤子位置。

焊點推力測試

目的：檢查焊點的抗剪應力強度和焊接結合面的面積?？辜魬姸葴y試模擬了元器件在經歷高低溫循環(huán)或環(huán)境溫度巨變時的應力應變情況。

測試模型：以金線球焊模型為例，抗剪應力強度SS與推力SF和球面直徑D有關。通過測量推力SF和球面直徑D，可以計算出抗剪應力強度SS。

抽樣檢驗

必要性：由于焊點強度的表征是破壞性測試，實際生產中無法全面測試。因此，采用抽樣檢驗的方法來檢查一批產品的焊接特性。

數學統(tǒng)計原理：確定抽樣樣本量時，需考慮線材種類、直徑、可接受強度值等因素。設定測量值的下限，低于此值則判定為不合格。對于異常高的數值，需檢查測量過程并排除異因。

判定標準

可接受強度值：根據線材種類和直徑確定。以125μm直徑的鋁線為例，其抗拉強度可接受值為40g，按JEDEC標準可滿足1000h 175℃條件下的工作可靠性要求。

異常處理：對于實測值遠大于可接受強度值的情況，需通過檢查測量過程和排除異因來確認數值的準確性。

2 過程能力指數和SPC的應用

通過計算過程能力指數和應用統(tǒng)計過程控制（SPC）技術，我們可以有效地評估生產過程的穩(wěn)定性和可靠性，確保產品質量符合規(guī)范要求。

接下來介紹，如何通過抽樣數據觀察過程能力并判斷整體質量。

質量的可靠性與過程能力

質量的可靠性不僅依賴于單個測試的單元數值是否達到規(guī)范要求，更重要的是觀察整個生產過程是否穩(wěn)定。為了評估生產過程的穩(wěn)定性和可靠性，我們需要從一組數據中觀察數值的變化，了解特性的分布，并構建一個分布的統(tǒng)計數學模型。

過程能力指數

工程上通常使用過程能力指數（如CPK）來表示過程滿足或達到規(guī)范的程度。過程能力指數的計算公式考慮了規(guī)范上限（USL）、過程均值（Mean）、規(guī)范下限（LSL）以及過程的標準差（σ）。過程能力指數取USL與Mean之差和Mean與LSL之差中較小的一個值，再除以3σ（假設過程符合正態(tài)分布）。

從過程能力指數的計算公式中，我們可以得出以下結論：

規(guī)范公差范圍：要使過程能力變大，規(guī)范的公差范圍越大越好。但規(guī)范的范圍通常由設計或客戶要求決定，不能任意擴大。

過程均值：過程的均值越接近規(guī)范的中心值越好，這時過程能力指數達到最大，即所謂“過程均值瞄準規(guī)范中心”。

過程波動：過程的波動越小越好，σ代表著過程的波動。這個值越小，意味著生產過程中產品特性值的差異越小，趨同化復制能力越強。

統(tǒng)計過程控制（SPC）

為了通過抽樣數據觀察過程能力并判斷整個過程的質量，通常采用統(tǒng)計過程控制（SPC）技術。SPC的理論基礎是通過觀測抽樣的一組樣本數據來推斷總體的質量水平（過程能力）。

控制圖：通過收集樣本數據并制作控制圖，可以給工程技術人員提供數據信息，讓過程能力和實際表現得到圖示化和數據化顯示。控制圖能夠幫助識別生產過程中的異常波動，從而及時采取措施進行改進。

休哈特控制圖原則

休哈特控制圖是統(tǒng)計過程控制（SPC）中的重要工具，其四項基本原則如下：

控制界限：上控制限（UCL）和下控制限（LCL）分別為均值（μ）加上和減去三倍的標準差。

計算控制界限：在計算三倍標準差的控制界限時，只能使用各不同時段分布統(tǒng)計的平均值，以確保控制圖的穩(wěn)定性和準確性。

抽樣方法與數據組群：合理的抽樣方法和數據組群方式是休哈特控制圖的概念基礎。抽樣應隨機且具有代表性，以確?？刂茍D能夠真實反映生產過程的實際情況。

利用控制圖知識：工程技術人員應通過觀察控制圖上的點分布，利用控制圖，及時發(fā)現生產過程中的異常波動，并采取相應的措施進行改進。

3 焊接不良分析

焊接質量判定

焊接質量的判定不僅依賴于可測量的破壞性試驗收集的特性數據，還需要考慮焊接規(guī)范是否適當。常見的焊接質量判定方法包括：

破壞性試驗：通過拉力測試、推力測試等破壞性試驗，收集焊點的機械性能指標數據，以評估焊接質量。

觀察焊接部位：使用強堿溶液腐蝕掉芯片表面的金屬層（通常是鋁），觀察施加焊點的部位下方有無彈坑、裂紋等損傷，以判斷焊接質量是否合格。

焊接夾具與夾持方法

由于超聲波壓焊的本質是通過高頻的超聲振動促使焊接材料與芯片或框架基板表面金屬產生摩擦，形成金屬間原子間的結合（金屬鍵），因此焊接的夾具和夾持方法非常重要。對焊接夾具的要求包括：

夾持力度：夾持力度應適中，既不過緊也不過松。過緊可能導致摩擦不充分，焊點未形成塑性變形；過松則可能使摩擦的接觸面失控，造成焊點過分變形或芯片彈坑損傷。

夾具質量：對壓板、壓爪等夾具的質量、形狀、耐磨性和機械強度都有一定的要求，以確保焊接過程的穩(wěn)定性和可靠性。

焊接不良分析

常見的焊接不良包括焊點脫落、焊點疲勞斷裂、彈坑損傷、焊接短路、線倒伏等。為了分析這些不良現象的原因，工程技術人員可以使用魚骨圖等工具進行根本原因分析。

例如，針對鍵合金銅線倒伏不良的分析，可以從人、機、料、法、環(huán)等方面入手，找出可能導致不良現象的根本原因，并采取相應的措施進行改進。