福英達汽車電子錫膏: 車規MEMS引線鍵合可靠性
福英達汽車電子錫膏: 車規MEMS引線鍵合可靠性
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微機電(MEMS)傳(chuan) 感器領域的使用已有數十年曆史，至今仍是隨處可見的電子元件類型之一。MEMS傳(chuan) 感器在汽車行業(ye) 具有至關(guan) 重要的作用，能夠用於(yu) 測量位置，壓力，溫度，速度等。傳(chuan) 感器的高可靠性不僅(jin) 能提高汽車性能，也能對駕駛人和乘客的安全提供保障。MEMS芯片往往采用金線進行與(yu) 焊盤的引線鍵合，金線起著電連接和信號傳(chuan) 輸的作用。MEMS芯片需要進行封裝使其避免外部環境幹擾。封裝通常采用塑料，塑料材質成本低，能夠很大程度降低封裝費用。
MEMS引線鍵合有幾種失效模式和機製，主要跟熱和電作用有關(guan) 。例如回流焊接過程由於(yu) 熱作用和原子擴散而形成的金屬間化合物造成焊點脆化，傳(chuan) 感器操作期間產(chan) 生的焦耳熱會(hui) 導致電疲勞，還有使用過程產(chan) 生熱應力導致的熱疲勞。為(wei) 了測試MEMS器件的可靠性，Zhang等人研究了車規MEMS壓力傳(chuan) 感器的金線鍵合焊點在熱循環試驗中熱失效形式。熱循環溫度控製在−40°C-150°C。測試樣品數量為(wei) 25個(ge) ，每個(ge) 樣品包含4條金線。
圖1. 測試用車規MEMS壓力傳(chuan) 感器。
圖2. 熱循環測試溫度控製。
測試結果
熱循環測試周期數被Zhang等人設定在1600次。每完成200次熱循環測試後，所有MEMS壓力傳(chuan) 感器樣品會(hui) 被取出，並測量芯片焊盤和基板焊盤處形成的焊點的電阻。電阻增大說明焊點的電導性能下降。在1600次熱循環後，測試的25個(ge) 樣品中的7個(ge) 不約而同出現了焊點電阻增大的現象。熱應力是影響MEMS傳(chuan) 感器電阻變化的主要原因。熱應力會(hui) 不斷地累積並使焊點可靠性惡化，造成電阻增大。
熱應力不僅(jin) 對電阻產(chan) 生影響，也對焊點連接可靠性帶來不良影響。Zhang等人通過CT掃描繪製出了MEMS壓力傳(chuan) 感器熱循環後的引線鍵合狀態。總共選取了4條金線共8個(ge) 焊點進行觀察。可以看到其中的3條金線和焊盤仍保持連接。但是5號焊點明顯出現了脫落的問題。此外，受熱應力影響，7號和8號焊點發現了金線鬆動，焊點牢固性有所下降。
圖3. 1600次熱循環後MEMS壓力傳(chuan) 感器的CT掃描圖。
通過熱循環測試可以知道，測試所用的車規MEMS壓力傳(chuan) 感器在1600次循環後很難再保證良好的鍵合強度。可以認為(wei) 熱應力是導致焊點失效的重要原因。金線和焊盤的熱膨脹係數差異使得在溫度變化後金線和焊盤出現不同程度的形變，降低了焊點的連接牢固性。
對於(yu) 汽車電子封裝焊接材料，深圳市福英達能夠提供優(you) 秀的超微級(T6及以上)錫膏錫膠產(chan) 品，能夠用於(yu) 不同溫度/封裝間距要求的場景，錫膏在焊接後可靠性高，殘留物少，極大保證車用元件的安全性。
參考文獻
Zhang, Y.F., Wu, K.K., Li, H., Shen, S.N., Cao, W., Li, F. & Han, J.Z. (2022). “Thermal fatigue analysis of gold wire bonding solder joints in MEMS pressure sensors by thermal cycling tests”, Microelectronics Reliability, vol.139.
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