defectos en las uniones de los cables

La unión por hilo es uno de los procesos de interconexión más utilizados en el empaquetado de semiconductores. Crea la conexión eléctrica entre un chip semiconductor y un marco de conexión, sustrato o terminal del paquete. Si la interfaz de unión, el bucle del hilo o la estructura del paquete circundante no se controlan adecuadamente, pueden aparecer defectos durante la producción, las pruebas de fiabilidad o el funcionamiento en campo. Un fallo en un encapsulado tras el proceso de unión de cables no implica necesariamente un único problema de equipo. La causa raíz puede estar relacionada con el estado de la superficie, la metalización de las almohadillas, el cable de unión, los parámetros del proceso, las herramientas, el soporte del sustrato o las tensiones posteriores del encapsulado. Por lo tanto, identificar el modo de fallo real es el primer paso para una acción correctiva eficaz. 1. Modos comunes de fallo en la unión de cablesLevantamiento de fianza o fianza abiertaEl desprendimiento de la unión se produce cuando la unión de bola o de punto se separa de la almohadilla, el marco de conexión o el sustrato. Puede detectarse inmediatamente mediante pruebas eléctricas, pruebas de tracción de cables o inspección visual, pero las uniones deficientes también pueden convertirse en circuitos intermitentes o abiertos tras sufrir estrés térmico o mecánico. Grieta en el talón y rotura del alambreEl talón es la zona de transición entre el alambre unido y el bucle de alambre libre. Una deformación excesiva, un perfil de bucle inadecuado, la geometría de la herramienta, la flexión repetida o los ciclos térmicos pueden provocar grietas en esta zona. Una grieta en el talón puede crecer hasta que el alambre quede eléctricamente abierto. Daños por cráter en la plataforma o metalizaciónUna fuerza de unión o energía ultrasónica excesiva puede dañar la almohadilla de conexión, el dieléctrico subyacente o la estructura de silicio. Los resultados típicos incluyen desprendimiento de la almohadilla, salpicaduras de aluminio, formación de cráteres debajo de la almohadilla o agrietamiento del chip. Estos defectos no siempre son visibles desde la superficie superior y pueden requerir análisis de sección transversal o análisis acústico. Defectos de formación de bola, puntada y colaLas condiciones inestables de apagado electrónico, el cableado contaminado, los capilares desgastados o los parámetros incorrectos pueden producir bolas de aire deformadas, uniones de bola descentradas, uniones de puntada débiles, extremos cortos o puntos de soldadura no adherentes. Estos defectos reducen la consistencia del proceso y pueden aumentar el riesgo de retrabajo o fugas. Deformación del bucle y cortocircuito del cableUna altura, longitud o trayectoria incorrectas del bucle pueden provocar que los cables adyacentes se toquen entre sí o entren en contacto con el encapsulado, el borde del chip o el compuesto de moldeo. El roce de los cables durante el moldeo es otra posible causa de cortocircuitos, especialmente con cables largos o finos.   2. Principales causas de fallo en la unión de cablesContaminación y oxidación de superficiesLos residuos orgánicos, el polvo, las huellas dactilares, la contaminación por silicona y los óxidos superficiales pueden reducir el área de unión efectiva e impedir un contacto interfacial estable. La contaminación puede provenir de los materiales entrantes, la fijación del chip, los agentes de limpieza, el almacenamiento, la manipulación o los procesos cercanos. Dado que incluso una almohadilla visualmente limpia puede contener contaminación molecular, el control del proceso es más fiable que la simple inspección visual. Ventana de proceso de unión inestable o incorrectaLa energía ultrasónica, la fuerza de unión, el tiempo de unión y la temperatura de la etapa actúan conjuntamente. Una entrada insuficiente puede producir una pequeña área de unión y una formación interfacial débil. Una entrada excesiva puede deformar demasiado el alambre, dañar la metalización de la almohadilla, generar grietas en el talón o provocar la formación de cráteres. Los ajustes óptimos dependen del diámetro y el material del alambre, la composición de la almohadilla, el soporte del paquete, la geometría de la herramienta y el estado del equipo. Compatibilidad de materiales de cables y almohadillasLos alambres de oro, cobre, cobre recubierto de paladio, plata y aluminio difieren en dureza, comportamiento a la oxidación y formación de intermetálicos. El alambre de cobre, por ejemplo, generalmente requiere un margen de procesamiento más estricto, ya que es más duro que el oro y puede ejercer mayor presión sobre la estructura de la almohadilla. El grosor, la uniformidad y las condiciones de almacenamiento del acabado de la almohadilla también influyen en la capacidad de adhesión y la fiabilidad a largo plazo. Estado del capilar, la cuña y el equipoUn capilar o cuña desgastado, astillado o contaminado puede alterar la forma de la unión y las condiciones de fricción. Las variaciones en el rendimiento del transductor ultrasónico, la calibración del cabezal de unión, las abrazaderas del alambre, la estabilidad del EFO, la temperatura del calentador o el control del eje Z también pueden generar resultados inconsistentes. La vida útil de la herramienta debe gestionarse mediante límites en el número de uniones y tendencias de calidad, en lugar de basarse únicamente en la apariencia. Desajuste entre la tensión termomecánica y el coeficiente de expansión térmica (CTE).Las diferencias en los coeficientes de dilatación térmica (CTE) entre el chip, el cable, la almohadilla y el compuesto de moldeo generan tensiones termomecánicas durante las variaciones de temperatura. La naturaleza cíclica de estas tensiones provoca fallos por fatiga térmica: se inician y propagan grietas, lo que finalmente causa degradación de la señal o circuitos abiertos. En las pruebas de ciclos de potencia y de temperatura, el desprendimiento de las uniones de los cables es un modo de fallo que limita considerablemente la vida útil del componente.  3. Cómo mejorar la fiabilidad de las uniones de alambreControlar la limpieza de las superficiesDefinir los requisitos de manipulación, almacenamiento y limpieza de chips, marcos de conexión y sustratos. Limpieza con plasma Puede eliminar muchos residuos orgánicos y activar superficies específicas antes de la unión, pero es necesario validar el tipo de gas, la potencia, el tiempo de tratamiento y la compatibilidad del material. Un procesamiento excesivo puede alterar superficies sensibles, por lo que la limpieza con plasma debe considerarse un proceso controlado y no una configuración universal. Establecer una ventana de proceso verificadoUtilice experimentos diseñados para evaluar conjuntamente la energía ultrasónica, la fuerza, el tiempo y la temperatura. La fórmula seleccionada debe proporcionar una resistencia a la tracción o al corte aceptable, una geometría de unión estable y evitar daños en la almohadilla ante las variaciones previstas de material y equipo. Un proceso centrado en el borde de la ventana suele ser más robusto que una fórmula que opera cerca del límite de defectos. Mantenimiento y calibración de la máquina de soldadura de alambreInspeccione capilares, cuñas, abrazaderas de alambre, componentes EFO y transductores ultrasónicos a intervalos definidos. Verifique la fuerza de unión, la temperatura de la plataforma, la precisión de posicionamiento y el rendimiento ultrasónico. Los registros de mantenimiento preventivo deben vincularse con las tendencias de defectos para identificar desviaciones graduales antes de que provoquen pérdidas de rendimiento. Reforzar el control de los materiales entrantes.Especifique la pureza del alambre, el diámetro, las propiedades mecánicas, el almacenamiento en bobina y la vida útil. Verifique el acabado de la almohadilla, el espesor de la metalización, el estado del marco de conexión y la limpieza del sustrato. Los materiales de sustitución deben someterse a pruebas de unión y verificación de confiabilidad, en lugar de aprobarse basándose únicamente en la equivalencia dimensional. Utilice la inspección en proceso y el monitoreo estadístico.Combine lo visual o inspección óptica automatizada Con pruebas de tracción de alambre, cizallamiento de bola o cizallamiento de unión, según corresponda. Se realiza un seguimiento de las dimensiones de la unión, los modos de falla, los resultados de tracción o cizallamiento, los eventos de antiadherencia y el uso de herramientas mediante control estadístico de procesos. El monitoreo de tendencias es más efectivo que depender únicamente de la inspección final de aprobación/rechazo. Adaptar la acción correctiva al modo de fallo.No aumente automáticamente la potencia ni la fuerza ultrasónica al detectar una unión débil. Primero, identifique dónde y cómo se produjo la falla. Dependiendo del defecto, se pueden utilizar microscopía óptica, clasificación de fallas mediante prueba de tracción, microscopía electrónica de barrido, cortes transversales, análisis elemental e imágenes acústicas. La acción correctiva debe centrarse en el mecanismo confirmado.  4. Guía rápida para la solución de problemas  Defecto observadoPosibles causasComprobaciones recomendadasAdhesivo de fácil colocación / antiadherenteContaminación; área de unión insuficiente; acabado deficiente de la almohadilla; herramienta desgastadaRevisar la superficie de falla; verificar la limpieza y el almacenamiento; inspeccionar la herramienta; verificar los datos de tracción/cizallamiento y el rango de proceso.Grieta en el talón / rotura del alambreDeformación excesiva; bucle inadecuado; geometría de la herramienta; fatiga térmicaInspeccione la forma del talón; revise el programa de bucle y los parámetros de unión; compare las muestras iniciales y envejecidas.Daños en la plataforma / cráteresFuerza excesiva o entrada ultrasónica; pila de almohadillas débil; soporte inadecuadoInspección de sección transversal o acústica; verificación de la calibración de fuerza; revisión del diseño de la almohadilla y soporte del soporte de trabajo.Bola malformada / unión inestableVariación de EFO; cable contaminado; desgaste capilar; inestabilidad de gas o espacio.Verifique la geometría de FAB, el electrodo EFO, las condiciones del gas de formación, la trayectoria del cable y el estado del capilar.Cortocircuito de cable / barridoBucle demasiado bajo o largo; error de colocación; flujo de moldeoMedir el perfil y el espaciado del bucle; verificar la alineación; revisar el proceso de moldeo y el barrido del alambre después del moldeo.  5. ConclusiónLas fallas en la unión de cables a menudo resultan de los efectos combinados de los materiales de unión, las condiciones de la superficie, los parámetros del proceso, el rendimiento de las herramientas y el estrés de empaque posterior. Una mejora efectiva comienza con la identificación del modo de falla específico, seguida de una limpieza controlada de la superficie, la optimización de la ventana de proceso, el mantenimiento rutinario del equipo y la inspección basada en datos. Seleccionar un proveedor confiable equipos de unión de cablesSu salida ultrasónica estable y su control preciso de los parámetros también ayudan a mejorar la uniformidad de la unión y a reducir los defectos recurrentes. HYRNUS Ofrecemos soluciones de unión de cables, tratamiento superficial por plasma y pruebas de unión para aplicaciones de encapsulado de semiconductores. Ya sea que esté desarrollando un nuevo producto, actualizando un proceso existente o solucionando problemas de defectos de unión recurrentes, nuestros ingenieros pueden evaluar la estructura del encapsulado, los materiales de los cables y las almohadillas, los requisitos de producción y los métodos de inspección antes de recomendar una configuración de equipo adecuada.Contacta con nuestro equipo para consultas técnicas y recomendaciones de equipos.  Preguntas frecuentes¿Cuál es la causa más común de que se despegue el alambre de unión? No existe una única causa universal. La contaminación superficial, la formación inadecuada de la interfaz, los problemas con el acabado de la almohadilla y el desgaste de las herramientas de unión son factores que contribuyen con frecuencia. Se debe examinar la ubicación de la fractura y la superficie de falla antes de ajustar la fórmula.¿Puede la limpieza con plasma prevenir los defectos en la unión de cables? La limpieza con plasma puede mejorar la adherencia cuando existe contaminación orgánica o una activación superficial deficiente. Sin embargo, no corrige problemas de diseño de las almohadillas, metalización dañada, combinaciones inadecuadas de cables y almohadillas ni parámetros de unión incorrectos.¿Cómo se detectan los defectos en las uniones de los cables? Los métodos habituales incluyen la inspección visual o automatizada mediante óptica, pruebas eléctricas, pruebas de tracción de cables, pruebas de cizallamiento de bolas o uniones y monitorización estadística. Las fallas más complejas pueden requerir microscopía, cortes transversales, análisis elemental o imágenes acústicas.¿Con qué frecuencia se debe reemplazar un capilar de unión de cables? Los intervalos de reemplazo dependen del material del cable, el número de conexiones, el tipo de encapsulado, las prácticas de limpieza y las tendencias de calidad. Los fabricantes deben definir los límites de vida útil de las herramientas utilizando datos de inspección y el rendimiento del proceso, en lugar de aplicar un intervalo fijo a todos los productos.