隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代電子產(chǎn)品對(duì)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(jiǎn)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(cè)器在振動(dòng)和低溫條件下能否正常工作?？茰?zhǔn)測(cè)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(duì)鍵合拉力的影響，并使用Alpha W260推拉力測(cè)試機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，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(cè)原理
引線鍵合采用引線連接來實(shí)現(xiàn)探測(cè)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(hào)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(cè)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(cè)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(cè)標(biāo)準(zhǔn)
GJB548B：行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(cè)試
JESD22-B116：電子器件工程聯(lián)合委員會(huì)(JEDEC)標(biāo)準(zhǔn)，用于評(píng)估鍵合強(qiáng)度
IPC/JEDEC J-STD-002C：針對(duì)可焊性和鍵合強(qiáng)度測(cè)試
ASTM F459-13(2018)：提供了測(cè)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(cè)試的拉力設(shè)定值為對(duì)應(yīng)直徑鍵合引線密封前最小鍵合強(qiáng)度的80%。
三、檢測(cè)設(shè)備
1. Alpha W260推拉力測(cè)試機(jī)
Alpha W260推拉力測(cè)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(cè)試設(shè)備，適用于微電子引線鍵合后引線焊接強(qiáng)度測(cè)試、焊點(diǎn)與基板表面粘接力測(cè)試及其失效分析領(lǐng)域的專用動(dòng)態(tài)測(cè)試儀器。
設(shè)備特點(diǎn)：
高精度測(cè)量：配備24Bit超高分辨率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，確保測(cè)試數(shù)據(jù)的高精度和高重復(fù)性
多功能性：支持多種測(cè)試模式，包括晶片推力、金球推力、金線拉力以及剪切力測(cè)試等
自動(dòng)化操作：X、Y軸自動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì)，操作簡(jiǎn)便，測(cè)試效率高
安全性強(qiáng)：每個(gè)工位設(shè)有獨(dú)立安全高度和限速，防止誤操作損壞測(cè)試針頭
多量程切換：可自動(dòng)識(shí)別并更換不同量程的測(cè)試模組，適應(yīng)不同產(chǎn)品的測(cè)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(cè)樣品
2. 其他檢測(cè)設(shè)備
顯微維氏硬度測(cè)試機(jī)：用于測(cè)試鍍金層的硬度，評(píng)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(cè)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(cè)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(dòng)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(cè)試流程
樣品固定：將待測(cè)電路穩(wěn)固安裝在測(cè)試平臺(tái)上，避免移動(dòng)
光學(xué)對(duì)位：使用顯微鏡定位待測(cè)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(shí)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(cè)流程
樣品制備：制備不同鍵合參數(shù)的測(cè)試樣品
拉力測(cè)試：使用Alpha W260測(cè)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(duì)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(duì)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(shí)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(shí)間：2~6
超聲功率：3.5±0.5
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