鍵合絲焊接質(zhì)量控制說明

本文重點圍繞焊點機(jī)械性能指標(biāo)的測試方法和判定標(biāo)準(zhǔn)，介紹了焊點測試、過程能力指數(shù)以及焊接不良的分析。

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

1 焊點測試

焊點質(zhì)量考量

要評估焊點的質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)，主要關(guān)注其機(jī)械性能指標(biāo)，如焊接強(qiáng)度和焊接有效面積。電阻率和電感寄生參數(shù)雖也重要，但除特殊高頻產(chǎn)品外，通常不作為常規(guī)考量。

焊接機(jī)械特性

焊接強(qiáng)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(yīng)力強(qiáng)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(jié)合情況來確認(rèn)。在金線和銅線情況下，觀察IMC（金屬間化合物）結(jié)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(qiáng)度特性的表征。

數(shù)學(xué)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(yīng)力強(qiáng)度和焊接結(jié)合面的面積?？辜魬?yīng)力強(qiáng)度測試模擬了元器件在經(jīng)歷高低溫循環(huán)或環(huán)境溫度巨變時的應(yīng)力應(yīng)變情況。

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

抽樣檢驗

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

數(shù)學(xué)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(qiáng)度值等因素。設(shè)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(shù)值，需檢查測量過程并排除異因。

判定標(biāo)準(zhǔn)

可接受強(qiáng)度值：根據(jù)線材種類和直徑確定。以125μm直徑的鋁線為例，其抗拉強(qiáng)度可接受值為40g，按JEDEC標(biāo)準(zhǔn)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(yuǎn)大于可接受強(qiáng)度值的情況，需通過檢查測量過程和排除異因來確認(rèn)數(shù)值的準(zhǔn)確性。

2 過程能力指數(shù)和SPC的應(yīng)用

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

接下來介紹，如何通過抽樣數(shù)據(jù)觀察過程能力并判斷整體質(zhì)量。

質(zhì)量的可靠性與過程能力

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

過程能力指數(shù)

工程上通常使用過程能力指數(shù)（如CPK）來表示過程滿足或達(dá)到規(guī)范的程度。過程能力指數(shù)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(biāo)準(zhǔn)差（σ）。過程能力指數(shù)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(shè)過程符合正態(tài)分布）。

從過程能力指數(shù)的計算公式中，我們可以得出以下結(jié)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(shè)計或客戶要求決定，不能任意擴(kuò)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(shù)達(dá)到最大，即所謂“過程均值瞄準(zhǔn)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(chǎn)過程中產(chǎn)品特性值的差異越小，趨同化復(fù)制能力越強(qiáng)。

統(tǒng)計過程控制（SPC）

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

控制圖：通過收集樣本數(shù)據(jù)并制作控制圖，可以給工程技術(shù)人員提供數(shù)據(jù)信息，讓過程能力和實際表現(xiàn)得到圖示化和數(shù)據(jù)化顯示?？刂茍D能夠幫助識別生產(chǎn)過程中的異常波動，從而及時采取措施進(jìn)行改進(jìn)。

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(biāo)準(zhǔn)差。

計算控制界限：在計算三倍標(biāo)準(zhǔn)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?？刂茍D的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

抽樣方法與數(shù)據(jù)組群：合理的抽樣方法和數(shù)據(jù)組群方式是休哈特控制圖的概念基礎(chǔ)。抽樣應(yīng)隨機(jī)且具有代表性，以確?？刂茍D能夠真實反映生產(chǎn)過程的實際情況。

利用控制圖知識：工程技術(shù)人員應(yīng)通過觀察控制圖上的點分布，利用控制圖，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的異常波動，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行改進(jìn)。

3 焊接不良分析

焊接質(zhì)量判定

焊接質(zhì)量的判定不僅依賴于可測量的破壞性試驗收集的特性數(shù)據(jù)，還需要考慮焊接規(guī)范是否適當(dāng)。常見的焊接質(zhì)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(jī)械性能指標(biāo)數(shù)據(jù)，以評估焊接質(zhì)量。

觀察焊接部位：使用強(qiáng)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(zhì)量是否合格。

焊接夾具與夾持方法

由于超聲波壓焊的本質(zhì)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(chǎn)生摩擦，形成金屬間原子間的結(jié)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(yīng)適中，既不過緊也不過松。過緊可能導(dǎo)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(zhì)量：對壓板、壓爪等夾具的質(zhì)量、形狀、耐磨性和機(jī)械強(qiáng)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(xiàn)象的原因，工程技術(shù)人員可以使用魚骨圖等工具進(jìn)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(jī)、料、法、環(huán)等方面入手，找出可能導(dǎo)致不良現(xiàn)象的根本原因，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行改進(jìn)。