技术报告:激光多普勒测振仪进行超声波振动测量 1
1.钢丝焊接机的超声波机构部
用于焊丝的超声波机构部分由作为振动源的螺栓紧固朗之万型振子、增大振动振幅的金属喇叭、作为压着件的工具 (或毛细管) 构成,作为施加的振动频率,一般从60 kHz左右到最近也有100 kHz以上的。
振子具有在特定频率下产生较大振动的特性 (共振频率),但频率有时会根据条件发生变化,因此在驱动振子的振荡器中设置反馈电路,进行频率控制。此外,通过放大金属喇叭传播的振动,刀具尖端的振幅在空载时约为几μm。为了实现稳定的焊接,刀具尖端的振动幅度必须稳定。因此,对直接测量刀尖振动的需求逐年增加。
2.导线连接和连接参数
以球形焊接器为例,电线连接循环如下:。
在毛细管前端形成的丝端的滚珠,随着毛细管的下降,被压在芯片上形成的称为焊盘的芯片上的接合面上进行接合。然后,毛细管在拉出导线的同时移动到导线上并以相同的方式连接。之后毛细管上升,此时夹具关闭以切断电线。通过从焊枪向切割的线端施加高压放电,熔化线端并再次形成球。这时向IC焊盘的接合叫做第一接合,向导线的接合叫做第二接合。接合电线时的接合参数包括以下各项,第一项和第二项可单独设置。
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加热器加热温度 (仅滚珠焊接器)
将焊盘和导线加热至200°C左右,使金属丝容易熔接。 -
负荷
将毛细管压在衬垫、导轨上时的按压负荷。从超声波喇叭一侧施加约10~100 g左右的负荷。 -
超声波 (Ultra Sonic) 振荡
辅助金属丝的塑性变形,促进与焊盘表面、导线表面的融合。 -
焊接时间
施加负荷和超声波的时间,可在数十msec~数百msec之间变化。在这些粘合参数中,随着半导体材料的多样化,(1) 的加热温度要求在低温下,制造速度 (每周期的节拍时间) 提高,(4) 的粘合时间要求缩短。因此,有时不得不用其他参数补充各自 (1) (4) 的参数所起的作用。
在这种情况下,采取以下措施。
- 增加美国功率或提高振荡频率
- 增加载荷
但是,由于粘合的好坏 (粘合性) 是建立在各粘合参数微妙平衡的基础上的,因此不小心变更参数会对产品成品率产生很大影响。具体而言,可能会因钢丝剥离或颈部断裂而发生断线事故,或因负荷过重导致芯片侧接触垫缺损等破坏事故。
3.粘合参数分析问题
传统上,以下方法用于确定最佳粘合参数,监控和调查事故原因,但随着近年来情况的变化,出现了各种问题。
1.经验法则
- 优点
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它可以在短期内以相对较低的成本处理。
- 缺点
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由于没有理论和数字支持,因此不一定能够按原样对应IC的新品种。另外,由于故障发生时的问题是未知的,因此对策是有限的,并且一旦产量恶化,它就会消失。
2.用拨片规拉伸强度试验
- 优点
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为了查看电线本身的拉伸强度和粘合强度,可以方便地检查
- 缺点
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这是对结果的确认,而不是调查原因。它也将是破坏性测试。
3.高速相机拍摄
- 优点
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对断线事故和剥离状况的确认等有效
- 缺点
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对于结果的确认是有效的,但是对于原因的调查是非常有限的。特别地,不能处理由诸如US振荡的高频引起的问题。
4.朗之万振子阻抗变化的测量
- 优点
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通过安装在每个粘合剂上,可以随时在线监控
- 缺点
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变化率很小,除非是明显的重大事故,否则差异是未知的,并且引入效果很小。
4. 使用激光多普勒测振仪进行测量的有效性
如上所述,在焊盘和引线框架之间进行粘合过程,该焊盘和引线夹着通过螺钉固定连接到金属喇叭尖端的工具或称为毛细管的连接压接件。因此,很容易想象,作为验证粘附性的测量点,如果可以直接测量作为作用点本身的刀尖或焊盘或引线框架,则它是有效的。然而,测量工具,焊盘或引线框架在过去是非常困难的,简而言之,没有适用的传感器。例如,球形粘合剂中使用的工具通常是由硬质陶瓷或红宝石制成的空心针,其尖端为锥形,直径约1.5 mm,长度约11 mm,称为毛细管。因此,由于尺寸的限制,不可能安装接触式振动传感器等。另外,在可称为非接触传感器代表的三角测量式激光位移计中,能够测量60 kHz以上高频的激光位移计很少,在三角测量原理上,传感器与目标间的测量距离和分辨率处于权衡关系,因此无法进行测量。因此,现在基于激光多普勒方式的振动计的应用成为主流,得到了良好的结果。下面就利用激光多普勒方式进行测量的优缺点进行说明。
| 优点 | 由于分辨率不依赖于测量距离,因此容易以高分辨率进行数值化,由于是在粘合作用点附近进行测量,因此测量数据的变化率也很大,因此容易出现差异。特别是在振动器和金属喇叭存在问题的情况下的故障中,如果存在初始数据,则可以相对容易地区分。 |
| 缺点 | 由于特性根据要制造的IC的类型以及要使用的粘合剂和电线而变化,因此不可能创建成为行业标准的标准,并且它是个性化的。因此,制定标准需要时间,并且没有太多立竿见影的效果。此外,不可能一直监视,并且需要一些习惯于测量。 |
虽然激光多普勒测振仪测量也有其缺点,因此不能被视为测试粘合性的“通用”方法,但在其他测量方法通常得出“原因不明”或“无影响”结果的情况下,它是“目前可用的最佳测量方法”,不容置疑。
例如,工具必须作为消耗品进行更换,但通常需要手动更换。由于接合状态可能会根据刀具相对于喇叭的安装位置和固定螺丝的拧紧扭矩而发生变化,因此在进行维护评估时,量化刀具前端的振动振幅非常重要。
此外,如果固定板或输送机构上的其他部件存在任何松动,引线框架在粘合过程中可能会移动,从而导致故障。使用激光多普勒测振仪作为传感器的测量系统是进行此类测量的理想选择。