ワイヤーボンディングでの突発的な剥離への対応方法

Question

ワイヤーボンディング工程を担当しているものです。タイトルの通りの問題が発生し困っております。どなたか原因追求の方法のアドバイスを御願いします。以下に、簡単に状況を説明します。
・ボンディング材料
?リードフレームタイプ（ダウンセット有り）に、銀ペーストでシリコンチップを接着している。
?パッドはＡｌ－Ｓｉで、金ワイヤーとのボールボンディング（超音波熱圧着方式）

・症状
?パッド側の剥離が発生している
?場所はランダム、発生率はワイヤー本数で１０ｐｐｍ程度
?剥離した痕を見ると、合金形成されている面積が殆ど無く、強度不足によるものを見られる。

・確認済事項
?フレーム固定
　パッド側：顕微鏡で拡大しピンセットでフレームが動かないか確認したが、問題無し。
　リード側：若干上下に動く。しかし、リード側のクレセント形状の異常、及びキャピラリーによる圧痕形状のバラツキは見られないので、問題無いと思われる。
?パッド側のシェア強度、ボール形状のバラツキ
剥離を起こした周辺のパッドのシェア強度を確認したが、全く問題無いレベルだった。ボール形状についても、通常考えられる範囲のバラツキだった。

・考えられる要因
私としては、突発的なフレームの振動（又は、キャピラリーのバウンド）が、超音波が発振されるタイミングで発生していると考えています。

・皆さんに伺いたいこと
?上の要因を検証できるような方法
?その他検証した方が良い項目

以上、長文申し訳ありませんが宜しく御願いします。

Accepted Answer

合金層が見られない剥離が出ている場合には､?合金化率のバラツキ検証､?合金厚のバラツキ検証もお勧めします。　makoyanさんの意見にも同調する所ですが､影響を受けるパラメータは押え具合(ｳｲﾝﾄﾞｸﾗﾝﾊﾟ/ﾋｰﾀ/ﾌﾚｰﾑ/熱膨張/ｸﾗﾝﾊﾟのｶﾞﾀﾂｷ具合や磨耗)とは自分の経験でも思います。　この中で､何らかの傾向を示している所を掴むのも今後のアプローチには良いのではないでしょうか。
　デバイスやボンディングルールやボンダーが見えませんので､的確なアドバイスは出来ませんが､通常使われる高周波USでは無く､低周波USの方が押えやフレーム形状(ﾊﾞﾘ)に耐性を持っています。　逆に言うとマージンが広いので､フレーム形状などから来る合金化率の暴れ(合金0～過接合によるPad下ｸﾗｯｸ)が出るデバイスの場合には､低周波USも試みるべきかと。　衝撃荷重を一定量にして､低周波USにすれば均一で浅い合金層が形成できるマージンが広い､違う世界が見えると思います。

高周波ホーンは近年一般的ですが､ホーンの変位(エネルギー)が速い為にボールの見掛け硬度が上昇し､変形=接合となる事で短時間に小さな変形で接合が完成されると考えられます。　つまり､小P-Pでは優れているとされています。
　しかし､理想状態での話しであり､実際には幾つかのトレードオフがあるし､以下のケースで理想状態では無くなるものと考えています。
?フレームやダイが十分に固定できている訳ではない場合
?衝撃荷重影響領域でUSを印加する条件のボンド場合
?デザインルール面で､ボール潰れ径を潰す方向にしている場合
?ジルコニアRichのボトルネックキャピラリを使う場合
?Low-kの様に割れ易い層間膜があり､管理幅が狭い場合
?Padにフッ素系やイミド系の汚れがある場合
?高温の場合(押え/ﾌﾚｰﾑが伸びて反る)
　高周波の場合でのキャピラリ先端変位はボトルネックによる強度変化点がフシになっていますので､意外と小さな円弧振幅(従って縦振動成分が多く割れ易い)になっています。
　これらの非理想状態では無い場合に､何かを犠牲にして条件を決めるトレードオフで条件幅を狭くする場合がありますが前述の通り､高周波は変形=接合で短時間に接合が終わるので､逃げる事が難しい。
　低周波は､見掛け硬度上昇が高周波より低く､｢変形してから接合｣領域が多いので非理想状態での耐性があると考えています。　尚､?については同相変位になる為に､ボトルネックの形状影響を受け難くなります。
　国内ではK社､S社共に低周波ホーンがありますし､海外K社は無いです。　各メーカの言い分もある様ですが､信じてもねぇ。　大した事ないよ。

Answer

セミナーの案内に、ワイヤボンディングの信頼性に関係する物がありました。
御存知である可能性が高いですが、参考URLを載せておきます。

Answer

私の経験上からの判断になりますが、この手の問題は殆どが「ウインドクランパー（押さえ）」が主要因だと思います。押さえ状態の確認は、ピンセットで動かない程度では厳密には管理できません。一度、プレスケール等を使用して、押さえ力の詳細確認を行ってみてはどうでしょうか？見た目で動かなくても結構押さえられていないのが確認できます。http://www.fujifilm.co.jp/fpd901/
ただ、発生箇所がランダムというのが、押さえ起因であると特定できない部分ですね。Ａｇペーストはチップ裏面まで完全にぬれていますか？端の方が塗れ不足で浮いていませんか？そこからＵＳが漏れる場合が多々あります。あとは、前述の回答にもある通り、より具体的な製造仕様を把握しなければコメントができません。

厳密には断定できませんが、内容から察するに、ほぼＡｇペーストの濡れ依存ではなさそうですね。プレスケールはお勧めですが、先ずは押さえ状態を変化させた場合、発生箇所の変化があるか検証してみてはいかがでしょうか？また当該の問題は新規設備導入時からですか？それとも新リードフレームからですか？又は新たな製品（Ｃｈｉｐ）からでですか？ダウンセットありとのことなので、恐らくは新リードフレーム（新製品）立ち上げ等で苦慮されているかと察しますが、ダウンセットは有はＬＦの吊形状や押さえ方（押さえ構造）にかなり依存します。押さえは「爪」ありですか？それともただの「ウインドウ」構造ですか？この場合、爪有で個々に押さえていく方が改善性があります。又何かありましたらコメントください。できる限りの範囲で協力します。

Answer

同ボンダーでのことでしょうか？複数台のボンダーでの現象でしょうか？
イニシャルボールはビフォー？アフター？どちらで出来ますか？温度は何度くらいかかってますか？ 圧着のボール扁平率は？金線種？キャピラリー角度 色々な情報があればあるほどわかりやすいのですが。

ワイヤーボンディングでの突発的な剥離への対応方法