基于推拉力測試機的鋁帶鍵合工藝可靠性評估與失效分析

在功率半導體器件、集成電路和多芯片模塊等現代電子封裝中，鋁帶鍵合技術因其載流能力強、機械穩定性好而被廣泛應用。然而，鋁帶鍵合點的可靠性直接決定了整個器件的壽命與性能。其中，鍵合點根部（即鋁帶與芯片焊盤或基板導線的楔形結合處）是應力最為集中的區域，極易在生產過程或服役環境中產生裂紋、頸縮甚至完全斷裂，導致器件失效。這種“根部損傷”失效模式是行業內的主要挑戰之一。

為了精準評估鋁帶鍵合工藝的質量和產品的可靠性，對其進行定量的力學強度測試至關重要。推拉力測試是行業內公認的、最有效的鍵合強度評估方法。本文將詳細介紹利用科準測控的Alpha W260推拉力測試機進行鋁帶鍵合點根部損傷失效分析的原理、標準、儀器和標準操作流程，為相關行業的工藝改進與質量管控提供科學依據。

一、 測試原理

推拉力測試的基本原理是通過一個精密的測力傳感器，對鍵合點施加一個垂直于或平行于鍵合界面的力，直至鍵合點失效，并實時記錄整個過程中的力值變化。其最大力值即為該鍵合點的強度。針對鋁帶鍵合點的根部強度測試，通常采用 “拉鉤測試法”：

鉤針定位：測試使用一個特定形狀的鉤針，精確地放置在鋁帶拱絲的中段。

施力方向：鉤子沿垂直方向向上運動，對鋁帶施加一個垂直于芯片表面的拉力。

力傳導與失效：這個拉力通過鋁帶傳遞到兩個鍵合點（芯片上的第一鍵合點和基板/引線框架上的第二鍵合點）。由于根部是幾何形狀突變和應力集中的位置，在拉力持續增加下，最薄弱的根部會首先產生裂紋并擴展，最終發生斷裂。

數據采集：Alpha W260的內置高精度傳感器會記錄下斷裂瞬間的最大力值，這個力值即為該鍵合點的拉斷力。通過分析斷裂位置和力值曲線，可以準確判斷失效模式是否為根部損傷。

二、 測試標準

GJB 548B-2005 《微電子器件試驗方法和程序》：方法2011.7（鍵合強度）對測試方法和合格判據有明確規定。

MIL-STD-883 《微電子器件試驗方法和標準》：方法2011.7是國際上廣泛認可的鍵合強度測試標準。

JEDEC JESD22-B116 《 wire Bond Shear Test Standard》：雖然主要針對球焊，但其對測試環境和程序的要求具有重要參考價值。

三、 測試儀器

1、Alpha W260 推拉力測試機

核心特點與技術參數：

1、高精度力值測量：采用高分辨率傳感器，確保數據準確可靠。

寬廣的測試力程：提供從0.1N到260N的多種力傳感器選擇，完美匹配鋁帶（通常寬度為100μm至500μm）的強度測試范圍。

2、高精度運動控制：X-Y-Z三軸采用高精度步進電機或伺服電機，定位精度可達微米級，確保鉤針與鋁帶對位的精確性。

3、高清光學系統：配備高倍率連續變倍顯微鏡和CCD相機，提供清晰的實時圖像，便于精確尋找和對準測試點。

4、測試治具：提供各種規格的芯片座和拉鉤、推刀等工具，以適應不同封裝形式和鍵合類型的測試需求。

四、 測試流程

1、樣品準備

將完成鋁帶鍵合的待測樣品（如芯片模塊）固定在測試機的專用夾具上，確保放置平穩。

2、系統校準

開啟Alpha W260設備和控制軟件，進行力傳感器和運動軸的日常校準。

3、程序設置

在軟件中選擇“拉力測試”模式。

設置測試參數：測試速度（通常為0.1-1.0 mm/s）、測試高度（鉤子提升距離）、力值上限（略高于預期斷裂力）等。

選擇對應的鉤針類型，并設置合適的“搜索高度”，即鉤針向下接觸鋁帶前的安全距離。

3、對位操作

通過操縱桿或軟件控制移動X-Y-Z平臺，在高清顯微鏡視野下，將鉤針精確移動至待測鋁帶拱絲的正上方。

緩慢下降Z軸，使鉤針輕輕鉤住鋁帶中部，確保不預加載應力。

4、執行測試：

點擊軟件“開始”按鈕，測試機自動運行。鉤子以設定速度垂直向上運動，對鋁帶施加拉力。

軟件實時繪制力-位移曲線。

5、數據記錄與失效分析

測試結束后，系統自動記錄最大斷裂力值。

關鍵步驟：操作人員在顯微鏡下觀察斷裂位置，并在軟件中選擇對應的失效模式：

根部斷裂：斷裂發生在鍵合點根部。這是本次分析的核心關注點。

焊盤脫落：鍵合點仍附著在鋁帶上，但芯片焊盤金屬層被拉起。

中間斷裂：鋁帶在拱絲中間位置斷裂。

界面斷裂：鍵合點從焊盤界面處脫落。

將力值數據與失效模式一一對應記錄。

6、結果統計與報告生成

完成一組樣品（通常為25-30個點）測試后，使用軟件的數據統計功能，計算平均強度、標準差等。

生成測試報告，包括力值分布圖、失效模式比例圖以及原始數據列表，為工藝分析和質量判斷提供直觀依據。

以上就是小編介紹的有關于鋁帶鍵合點根部損傷失效分析的相關內容了，希望可以給大家帶來幫助。如果您還對推拉力測試機怎么使用視頻和圖解，使用步驟及注意事項、作業指導書，原理、怎么校準和使用方法視頻，推拉力測試儀操作規范、使用方法和測試視頻，焊接強度測試儀使用方法和鍵合拉力測試儀等問題感興趣，歡迎關注我們，也可以給我們私信和留言。【科準測控】小編將持續為大家分享推拉力測試機在鋰電池電阻、晶圓、硅晶片、IC半導體、BGA元件焊點、ALMP封裝、微電子封裝、LED封裝、TO封裝等領域應用中可能遇到的問題及解決方案。