鍵合點(diǎn)為何失效？用推拉力測(cè)試機(jī)一探究竟

在高度集成化和微型化的現(xiàn)代電子工業(yè)中，半導(dǎo)體器件的可靠性是決定產(chǎn)品品質(zhì)與壽命的關(guān)鍵。其中，芯片與外部電路之間的引線鍵合點(diǎn)，猶如人體的“神經(jīng)末梢”，其連接的牢固程度直接關(guān)系到整個(gè)電路系統(tǒng)的生死存亡。一個(gè)微小的鍵合點(diǎn)失效，就可能導(dǎo)致整個(gè)模塊功能異常甚至徹底報(bào)廢。因此，對(duì)鍵合點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)的強(qiáng)度測(cè)試，是半導(dǎo)體封裝與失效分析領(lǐng)域中不可或缺的一環(huán)。

本文科準(zhǔn)測(cè)控小編將圍繞Alpha W260推拉力測(cè)試機(jī)這一核心設(shè)備，深入淺出地為您解析引線鍵合強(qiáng)度測(cè)試的基本原理、核心標(biāo)準(zhǔn)、儀器特點(diǎn)及完整操作流程，助力您在產(chǎn)品質(zhì)量控制和失效分析中做到心中有數(shù)，手中有術(shù)。

一、 測(cè)試原理

引線鍵合強(qiáng)度測(cè)試主要分為兩種：拉力測(cè)試和剪切力測(cè)試。Alpha W260能夠完美執(zhí)行這兩種測(cè)試。

1、引線拉力測(cè)試

目的：評(píng)估單根鍵合引線（通常是金線、銅線或鋁線）與其焊盤之間的結(jié)合強(qiáng)度。

原理：使用一個(gè)精密的微型鉤子，小心地鉤住兩根鍵合點(diǎn)之間的引線弧頂。然后，測(cè)試機(jī)施加一個(gè)垂直于芯片表面的、持續(xù)且均勻的拉力，直到引線被拉斷或鍵合點(diǎn)被拉脫。通過(guò)傳感器記錄下失效瞬間的最大力值，即為該鍵合點(diǎn)的拉力強(qiáng)度。

2、焊球剪切測(cè)試

目的：評(píng)估芯片表面第一焊點(diǎn)（焊球）與焊盤之間的結(jié)合強(qiáng)度。

原理：使用一個(gè)特定寬度和材質(zhì)的剪切工具，將其精準(zhǔn)地定位在焊球側(cè)面，并使其與芯片表面保持一個(gè)微小的間隙（通常為3-5μm）。工具然后沿水平方向勻速推進(jìn)，將焊球從焊盤上推離。傳感器記錄下推離過(guò)程中產(chǎn)生的最大剪切力，即為該焊球的剪切強(qiáng)度。

二、 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

MIL-STD-883, Method 2011.7： 《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》中的“鍵合強(qiáng)度”方法。

JESD22-B116： 由JEDEC（固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)）發(fā)布的“ wire Bond Shear Test Standard ”。

GB/T 4937（中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）：《半導(dǎo)體器件 機(jī)械和氣候試驗(yàn)方法》，其中也包含了鍵合強(qiáng)度的相關(guān)測(cè)試規(guī)定。

這些標(biāo)準(zhǔn)通常會(huì)對(duì)以下方面做出規(guī)定：

測(cè)試速度（如：剪切測(cè)試通常為100-500μm/s）

工具與芯片表面的間隙

剪切工具的選擇

最小可接受力值

1. 檢測(cè)儀器

Alpha W260推拉力測(cè)試機(jī)

Alpha W260是一款高精度、高自動(dòng)化的推拉力測(cè)試系統(tǒng)，專為滿足現(xiàn)代半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室的嚴(yán)苛要求而設(shè)計(jì)。

主要特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)：

a、高精度力值測(cè)量：采用高分辨率力傳感器，量程范圍廣，可從零點(diǎn)幾克力到數(shù)百克力，確保即使是超細(xì)線鍵合也能精確測(cè)量。

b、卓越的視覺對(duì)位系統(tǒng)：配備高倍率光學(xué)顯微鏡和高清CCD相機(jī)，結(jié)合強(qiáng)大的軟件，可自動(dòng)或手動(dòng)快速、精準(zhǔn)地定位測(cè)試點(diǎn)，尤其適用于高密度、小尺寸的芯片。

c、高穩(wěn)定性與重復(fù)性：精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)控制算法，確保了測(cè)試過(guò)程中推拉動(dòng)作的平穩(wěn)與精準(zhǔn)，測(cè)試結(jié)果重復(fù)性極高。

d、智能化的測(cè)試軟件：用戶友好的操作界面，可預(yù)設(shè)測(cè)試程序、設(shè)置參數(shù)界限、自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)并生成統(tǒng)計(jì)報(bào)告（如CPK值）。軟件還能輔助進(jìn)行失效模式分析。

e、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理：可存儲(chǔ)所有測(cè)試的力值-位移曲線、圖像和視頻，便于后續(xù)追溯和深度分析。

f、靈活的配置：可更換多種規(guī)格的拉力鉤和剪切工具，以適應(yīng)不同尺寸的引線和焊球。

四、 測(cè)試流程（以Alpha W260為例）

1、樣品準(zhǔn)備與固定

將待測(cè)的半導(dǎo)體器件（如芯片、封裝體）牢固地固定在測(cè)試機(jī)的樣品臺(tái)上。

1. 系統(tǒng)校準(zhǔn)

開機(jī)預(yù)熱后，使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼對(duì)力傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，確保力值測(cè)量的準(zhǔn)確性。

3、程序設(shè)置

在軟件中選擇測(cè)試類型（拉力或剪切）。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)或內(nèi)部規(guī)范，設(shè)置測(cè)試參數(shù)，如測(cè)試速度、回退距離、力值上下限等。

選擇并安裝合適的測(cè)試工具（鉤子或剪切刀）。

4、視覺對(duì)位

通過(guò)顯微鏡和攝像頭，將測(cè)試工具精確移動(dòng)到第一個(gè)待測(cè)鍵合點(diǎn)上方。

對(duì)于拉力測(cè)試，小心地將鉤子穿過(guò)引線弧并置于中點(diǎn)。

對(duì)于剪切測(cè)試，將剪切刀對(duì)準(zhǔn)焊球側(cè)面，并調(diào)整好與芯片表面的間隙。

5、執(zhí)行測(cè)試

啟動(dòng)測(cè)試程序。設(shè)備將自動(dòng)執(zhí)行推拉動(dòng)作，并實(shí)時(shí)繪制力值-位移曲線。

6、數(shù)據(jù)采集與失效分析

測(cè)試完成后，系統(tǒng)自動(dòng)記錄最大力值。

操作員通過(guò)觀察曲線形態(tài)和測(cè)試后位置的顯微鏡圖像，判斷失效模式（例如，是健康的線頸斷裂，還是異常的焊盤抬起）。

7、生成報(bào)告

完成一批樣品測(cè)試后，利用軟件生成包含統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最小值、最大值）、分布圖和每個(gè)測(cè)試詳細(xì)結(jié)果的綜合報(bào)告。

以上就是小編介紹的有關(guān)于半導(dǎo)體器件失效分析的相關(guān)內(nèi)容了，希望可以給大家?guī)?lái)幫助。如果您還對(duì)推拉力測(cè)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(cè)試儀操作規(guī)范、使用方法和測(cè)試視頻，焊接強(qiáng)度測(cè)試儀使用方法和鍵合拉力測(cè)試儀等問(wèn)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(cè)控】小編將持續(xù)為大家分享推拉力測(cè)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(wèn)題及解決方案。