金絲球焊工藝在電子器件封裝中扮演著至關重要的角色，其質量直接關系到連接點的可靠性和整體性能。為了深入研究金絲球焊鍵合過程中的影響因素，本研究通過采用單因素試驗方法系統地探究了超聲功率、超聲時間、超聲壓力和加熱臺溫度對鍵合強度的影響。通過詳盡分析各個參數對金絲鍵合強度的影響規律，為手動球焊控制參數提供了科學的參考范圍。
在研究的基礎上，我們進一步采用正交試驗方法對產品鍵合工藝參數進行驗證，通過優化鍵合參數組合，取得了顯著的實驗效果。這一過程不僅為金絲鍵合工藝提供了新的優化思路，而且通過試驗驗證，為金絲球焊連接點的質量提升提供了可靠的實踐指導。
綜上所述，本文科準測控小編將介紹，如何利用單因素試驗方法和正交試驗手段對金絲球焊工藝參數影響性分析和優化驗證，為金絲球焊工藝的優化和實際生產提供了有益的指導和參考，具有一定的理論和實用價值。
一、測試原理
金絲球焊工藝參數的影響性分析以及優化驗證原理的綜合研究是為了深刻理解超聲功率、時間、壓力和溫度等主要參數對鍵合強度的影響規律。通過系統實施單因素試驗和正交試驗，以及依據《微電子器件試驗方法和程序》標準的金絲拉力測試方法，從而驗證并優化金絲球焊工藝參數的組合。這一綜合性的研究旨在為生產過程提供科學的指導，實現金絲球焊連接點鍵合強度的優化，從而提升整體工藝性能和產品可靠性。
二、測試儀器
1、深腔球焊機
2、推拉力測試機
三、金絲球焊工藝參數影響性分析
（一）試驗方法
1、單因素試驗法
2、測試標準
通過調整單一因素變量的方法進行試驗，依據《微電子器件試驗方法和程序》標準 GJB 548C—2021 中的方法 2011.1，采用了25μm的金絲拉力測試方法進行鍵合強度的測定。
3、試驗內容
試驗選用了與特定產品相同技術狀態的材料，并將金絲球焊工藝的關鍵參數，包括超聲功率、時間、壓力和溫度，作為研究試驗的控制對象。在試驗過程中，通過分析不同因素對鍵合強度的影響規律，我們能夠全面了解金絲球焊工藝在超聲功率、時間、壓力和溫度等方面的變化如何影響鍵合強度。
a、超聲功率對破壞性鍵合拉力測試值的影響
1）試驗過程
試驗時保持超聲時間３０ｍｓ、鍵合壓力４０ｇｆ、熱臺溫度１５０℃不變，超聲功率步進值由１００增加至９９９，對破壞性鍵合拉力測試值進行單因素變量研究。每組參數取５根金絲測試破壞性鍵合拉力值的均值，所得見表１，對應的折線圖如圖３所示。
2）結論
試驗結果顯示，當超聲功率步進值小于200時，可能導致鍵合不良或脫鍵；在200-500步進值范圍內，鍵合強度拉力測試值均大于12gｆ，形貌規則；然而，隨著超聲功率的增加，拉力測試值呈下降趨勢，同時鍵合點根部受損的跡象逐漸增大。
b、超聲時間對破壞性鍵合拉力測試值的影響
1)試驗過程
試驗時保持超聲功率步進值３００、鍵合壓力４０ｇｆ、熱臺溫度１５０℃不變，超聲時間由１０ｍｓ增加至３００ｍｓ，對破壞性鍵合拉力測試值進行單因素變量研究。每組參數取５根金絲測試破壞性鍵合拉力值的均值，對應的折線圖如圖所示。
2）結論
在試驗及數據分析中，發現超聲時間參數小于10ms時可能導致無法鍵合或容易脫鍵；在30-70ms范圍內，鍵合強度相對穩定，鍵合點形貌規則；但隨著超聲時間的增加，拉力測試值下降趨勢明顯。試驗表明超聲時間的增加要求手動球焊設備和操作員協調性更高，對手部動作的穩定性要求更高，直接影響球焊鍵合點形狀和拉力測試結果。
c、鍵合壓力對破壞性鍵合拉力測試值的影響
1）試驗過程
試驗時保持超聲功率步進值３００、超聲時間３０ｍｓ、熱臺溫度１５０℃不變，鍵合壓力由１０ｇｆ增加至６５ｇｆ，對破壞性鍵合拉力測試值進行單因素變量研究。每組參數取５根金絲測試破壞性鍵合拉力值的均值，所得見表３，對應的折線圖如圖５所示。
2）結論
通過試驗及數據分析得知：在鍵合壓力小于10gｆ時，可能導致鍵合不良或容易脫鍵；而在20-40gｆ范圍內，鍵合點形貌和拉力測試值都滿足要求；然而，隨著鍵合壓力的進一步增大，拉力測試值呈下降趨勢，同時鍵合點的變形和根部受損的跡象也逐步增大。
d、熱臺溫度對破壞性鍵合拉力測試值的影響
1)試驗過程
試驗時保持超聲功率步進值３００、超聲時間３０ｍｓ、鍵合壓力４０ｇｆ不變，熱臺溫度由常溫２０℃增加至１５０℃，對破壞性鍵合拉力測試值進行單因素變量研究。每組參數取５根金絲測試破壞性鍵合拉力值的均值，對應的折線圖如圖所示。
2）結論
通過試驗和數據分析得知：當熱臺溫度小于80℃時，破壞性鍵合拉力相對較小。提高熱臺溫度會使拉力測試值增大，符合一般規律，即材料溫度越高，利于材料分子間的擴散結合。在實際生產中，需綜合考慮所采用基板材料的Tg玻璃化溫度等因素。
四、金絲球焊工藝參數優化驗證
（一）正交試驗
1、試驗標準
按照標準ＧＪＢ ５４８Ｃ—２０２１《微電子器件試驗方法和程序》中方法２０１１．１鍵合強度（破環性鍵合拉力試驗）２５μｍ的金絲拉力測試方法進行測試，２５μｍ金絲最小鍵合強度為３．０ｇｆ。
2、試驗過程
試驗選用了超聲功率、超聲時間、鍵合壓力和熱臺溫度這四個因素，每個因素在產品規定的工藝參數范圍內選擇了三個參數。具體而言，超聲功率（因素A）的參數為A1=300、A2=350、A3=400；超聲時間（因素B）的參數為B1=30ms、B2=40ms、B3=50ms；鍵合壓力（因素C）的參數為C1=20gｆ、C2=30gｆ、C3=40gｆ；熱臺溫度（因素D）的參數為D1=120℃、D2=135℃、D3=150℃。
a、選擇正交表
本試驗設計３種參數的４種因素試驗，采用Ｌ９（３４）正交表，試驗過程需進行９次試驗（見表５）
b、試驗數據收集
試驗樣本采用與該產品技術狀態相同的材料、操作人員和設備完成金絲鍵合過程，
每組試驗參數取１０次試驗結果的平均值，對試驗情況進行極差分析，計算結果見表６。
C、工藝參數改進及驗證
從表6數據分析得知，在該產品金絲球焊工藝參數窗口內，各組參數條件下破壞性鍵合拉力測試值均滿足標準要求的最小鍵合強度3.0gｆ。因素C和A對破壞性鍵合拉力結果的影響最大，其次是因素D，而因素B的影響相對較小。為了實現破壞性鍵合拉力值的優化，采用C1、A1、D3、B2的參數組合（超聲壓力20gｆ、超聲功率步進值300、熱臺溫度150℃、超聲時間40ms）進行驗證，測試100根金絲拉力，均值達到12.836gｆ，且拉力測試值分布相對均勻，破壞性拉力測試過程中失效模式基本一致。
d、結論
通過正交試驗，針對高性能環氧樹脂板上 25μm 的手動金絲球焊，得出以下結論：
1)超聲功率小于 200 時，可能導致鍵合不良或容易脫鍵，而在 200-400 范圍內，鍵合強度較好。增大超聲功率可能減小鍵合強度，而過大的功率會導致鍵合點根部受損。
2)超聲時間小于 10ms 時，可能導致鍵合問題，而在 30-70ms 范圍內，鍵合強度相對穩定。超聲時間進一步增大時，鍵合強度變化趨于平緩，但對手動設備和操作員的要求增加，可能引入人為不穩定因素。
3）鍵合壓力小于 10gｆ 時，可能導致鍵合不良，而在 20-40gｆ 范圍內，鍵合強度相對穩定。增大鍵合壓力可能減小鍵合強度，且引起球焊點變形和根部受損。
4）熱臺溫度小于 80℃時，破壞性鍵合拉力相對較小。提高熱臺溫度有利于材料分子間擴散結合，但應根據基板材料的 Tg 玻璃化溫度等因素綜合考慮。
5）通過正交試驗得出優選參數組合（超聲壓力 20gｆ、超聲功率步進值 300、熱臺溫度 150℃、超聲時間 40ms），鍵合點形貌良好，破壞性鍵合強度穩定，滿足產品要求。
6）采用手動型鍵合設備時，人為因素影響顯著。操作人員技能狀態、疲勞程度等因素會直接影響鍵合點質量，因此需采用科學的試驗和過程控制方法，選取相對優化的工藝參數組合，提高金絲球焊工藝鍵合點的可靠性和一致性。
以上就是小編介紹的金絲球焊工藝參數影響性分析和優化驗證的內容，希望可以給大家帶來幫助！如果您還想了解更多關于推拉力測試機怎么使用、怎么設置、鉤針、設備、品牌和廠家等問題歡迎您關注我們，也可以給我們私信和留言，科準測控技術團隊為您免費解答！
