隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代電子產(chǎn)品對輕量化、小型化、低功耗以及高可靠性要求不斷提高，芯片封裝工藝技術(shù)和質(zhì)量面臨著更高標(biāo)準(zhǔn)的挑戰(zhàn)。金絲引線鍵合作為連接半導(dǎo)體芯片內(nèi)部電路與外部插件的常用工藝方法，因其工藝簡單、適用范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在器件生產(chǎn)過程中得到廣泛應(yīng)用。
金絲可提供的拉力直接體現(xiàn)了引線鍵合質(zhì)量，其優(yōu)劣程度決定了紅外探測器在振動和低溫條件下能否正常工作。科準(zhǔn)測控小編將系統(tǒng)介紹引線鍵合工藝原理、質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)分析楔焊和金絲球鍵合參數(shù)對鍵合拉力的影響，并使用Alpha W260推拉力測試機(jī)進(jìn)行檢測，為微電子封裝領(lǐng)域的質(zhì)量控制提供實(shí)用參考。
一、檢測原理
引線鍵合采用引線連接來實(shí)現(xiàn)探測器芯片與電學(xué)框架引出管腳的電氣聯(lián)通。連接過程涉及第一、第二焊點(diǎn)的固定，需要金絲在壓力和超聲能量的作用下相互接觸，使金絲與焊盤表面形成相互融合的合金，從而保證電信號的連接。
在鍵合過程中，由劈刀提供的超聲能量和熱能被傳遞給焊絲及焊盤。金絲吸收的能量為：
測試中的失效模式主要包括：
鍵合絲斷裂：斷裂發(fā)生在鍵合絲而非鍵合界面，表明鍵合強(qiáng)度高于絲材本身強(qiáng)度
界面剝離：鍵合點(diǎn)從基板或芯片表面分離，反映界面結(jié)合強(qiáng)度不足
金屬層剝離：基板金屬化層從基材上剝離，說明金屬層附著力存在問題
拉力測試值反映了鍵合工藝的穩(wěn)定性、界面冶金結(jié)合的質(zhì)量以及鍵合區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)完整性。
二、檢測標(biāo)準(zhǔn)
GJB548B：行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對鍵合強(qiáng)度的zui低要求進(jìn)行了規(guī)定：
直徑25μm Au絲：≥3.0gf
直徑50μm Au絲：≥5.0gf
直徑100μm Al絲：≥10.0gf
直徑300μm Al絲：≥30.0gf
MIL-STD-883 Method 2011.7：適用于金絲鍵合測試
JESD22-B116：電子器件工程聯(lián)合委員會(JEDEC)標(biāo)準(zhǔn)，用于評估鍵合強(qiáng)度
IPC/JEDEC J-STD-002C：針對可焊性和鍵合強(qiáng)度測試
ASTM F459-13(2018)：提供了測量微電子引線鍵合拉伸強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法
非破壞性測試的拉力設(shè)定值為對應(yīng)直徑鍵合引線密封前最小鍵合強(qiáng)度的80%。
三、檢測設(shè)備
1. Alpha W260推拉力測試機(jī)
Alpha W260推拉力測試機(jī)是專為半導(dǎo)體封裝、電子組裝等領(lǐng)域設(shè)計(jì)的高精度測試設(shè)備，適用于微電子引線鍵合后引線焊接強(qiáng)度測試、焊點(diǎn)與基板表面粘接力測試及其失效分析領(lǐng)域的專用動態(tài)測試儀器。
設(shè)備特點(diǎn)：
高精度測量：配備24Bit超高分辨率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，確保測試數(shù)據(jù)的高精度和高重復(fù)性
多功能性：支持多種測試模式，包括晶片推力、金球推力、金線拉力以及剪切力測試等
自動化操作：X、Y軸自動工作臺設(shè)計(jì)，操作簡便，測試效率高
安全性強(qiáng)：每個工位設(shè)有獨(dú)立安全高度和限速，防止誤操作損壞測試針頭
多量程切換：可自動識別并更換不同量程的測試模組，適應(yīng)不同產(chǎn)品的測試需求
輔助工具：
鉤針：根據(jù)鍵合絲直徑選擇合適鉤針（直徑≤51μm：拉鉤直徑≥2倍絲徑；51<直徑≤127μm：拉鉤直徑≥1.5倍絲徑；直徑>127μm：拉鉤直徑≥1倍絲徑）
常用工裝夾具：用于固定待測樣品
2. 其他檢測設(shè)備
顯微維氏硬度測試機(jī)：用于測試鍍金層的硬度，評估鍍金層的耐久性和穩(wěn)定性
光學(xué)顯微鏡：用于觀察鍵合點(diǎn)的形態(tài)，包括焊球的形狀、大小和表面狀況等
四、檢測流程
步驟一、試驗(yàn)前準(zhǔn)備
設(shè)備校準(zhǔn)：每日使用前需進(jìn)行力傳感器校準(zhǔn)，確保測試精度
鉤針選擇：根據(jù)鍵合絲直徑選擇合適鉤針
參數(shù)設(shè)置：按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置非破壞拉力值（最小鍵合強(qiáng)度的80%）
速度設(shè)置：控制拉鉤移動速度，使初始接觸沖擊力不超過設(shè)定值的20%
步驟二、標(biāo)準(zhǔn)化測試流程
樣品固定：將待測電路穩(wěn)固安裝在測試平臺上，避免移動
光學(xué)對位：使用顯微鏡定位待測鍵合絲，確保拉鉤與引線接觸點(diǎn)位于合適位置
拉力方向：調(diào)整拉鉤位置，使拉力方向與基板/芯片表面基本垂直
施加拉力：以恒定速度（通常為0.1mm/s或0.5mm/s）施加拉力至設(shè)定值，保持時間不超過1秒
結(jié)果判定：觀察鍵合點(diǎn)是否分離，記錄保持完好的合格樣品
步驟三、破壞性檢測流程
樣品制備：制備不同鍵合參數(shù)的測試樣品
拉力測試：使用Alpha W260測試機(jī)施加拉力，記錄最大拉力值和斷裂位置
失效模式分析：統(tǒng)計(jì)失效比例，通過掃描電鏡觀察典型失效斷口形貌
數(shù)據(jù)分析：計(jì)算不同參數(shù)組合下的平均拉力值，建立失效模式與工藝參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系
步驟四、鍵合參數(shù)優(yōu)化建議
根據(jù)研究結(jié)果，以下是針對不同鍵合方式的參數(shù)優(yōu)化建議：
楔形鍵合參數(shù)：
鍵合壓力：1.5±0.5
鍵合時間：1~3.5
超聲功率：1.4±0.1
球形鍵合參數(shù)：
鍵合壓力：2.5±0.5
鍵合時間：2~6
超聲功率：3.5±0.5
以上就是小編介紹的有關(guān)于楔焊和金絲球鍵合參數(shù)對鍵合拉力的影響的相關(guān)內(nèi)容了，希望可以給大家?guī)韼椭Ｈ绻€對推拉力測試機(jī)怎么使用視頻和圖解，使用步驟及注意事項(xiàng)、作業(yè)指導(dǎo)書，原理、怎么校準(zhǔn)和使用方法視頻，推拉力測試儀操作規(guī)范、使用方法和測試視頻，焊接強(qiáng)度測試儀使用方法和鍵合拉力測試儀等問題感興趣，歡迎關(guān)注我們，也可以給我們私信和留言。【科準(zhǔn)測控】小編將持續(xù)為大家分享推拉力測試機(jī)在鋰電池電阻、晶圓、硅晶片、IC半導(dǎo)體、BGA元件焊點(diǎn)、ALMP封裝、微電子封裝、LED封裝、TO封裝等領(lǐng)域應(yīng)用中可能遇到的問題及解決方案。
