邁向細(xì)節(jié)距時代：如何科學(xué)評估微米級鍵合強(qiáng)度？

隨著芯片集成度不斷提高，微電子封裝技術(shù)正飛速向細(xì)節(jié)距球形鍵合（鍵合節(jié)距<50μm）的新階段，并試驗采用更高頻率的超聲能量以適配更精細(xì)的工藝。在這一技術(shù)前沿，工程師面臨一個核心挑戰(zhàn)：如何公平、準(zhǔn)確地評估和對比不同尺寸、不同工藝（如不同超聲頻率）下焊點(diǎn)的鍵合質(zhì)量？沿用傳統(tǒng)的絕對剪切力值已顯不足。今天，科準(zhǔn)測控小編將帶您了解行業(yè)如何通過標(biāo)準(zhǔn)化剪切強(qiáng)度這一關(guān)鍵指標(biāo)，實現(xiàn)對微米級鍵合界面質(zhì)量的科學(xué)量化與橫向?qū)Ρ取?/p>

一、標(biāo)準(zhǔn)化剪切強(qiáng)度：實現(xiàn)公平比較的統(tǒng)一標(biāo)尺

當(dāng)焊球尺寸縮小至微米級，其絕對剪切力（Shear Force, SF）值必然隨之下降。若直接比較一個30μm焊球和一個80μm焊球的SF值，結(jié)論將是片面且不科學(xué)的。為此，行業(yè)引入了標(biāo)準(zhǔn)化剪切強(qiáng)度（SS）的概念。其計算公式為：

dx為x方向上的焊球球徑；dy為y方向上的焊球球徑。當(dāng)焊球表現(xiàn)為近圓球形時，dx和dy可以簡單地用一個直徑測量值D來代替。

SS的典型值范圍從5gf/mil2到大于7gf/mil2。這一指標(biāo)的核心價值在于消除了焊球尺寸的影響，直接反映了鍵合界面單位面積上的結(jié)合強(qiáng)度。這使得評估焦點(diǎn)從宏觀的“力”轉(zhuǎn)移到微觀的“界面質(zhì)量”本身，為不同工藝、不同設(shè)計之間的公平對比奠定了基礎(chǔ)。研究表明，性能良好的鍵合，其SS典型值范圍通常在5 gf/mil2到大于7 gf/mil2之間。

二、洞察本質(zhì)：連接宏觀強(qiáng)度與微觀界面的橋梁

標(biāo)準(zhǔn)化剪切強(qiáng)度（SS）作為一個宏觀測試值，其物理根源在于微觀的鍵合界面。為了深入理解SS數(shù)值背后的含義，并建立工藝參數(shù)與最終強(qiáng)度的預(yù)測模型，行業(yè)通過破壞性微觀分析來觀測實際金屬間化合物（IMC）區(qū)域，即真正的“焊接”面積。

使用25μm線徑金絲，四種球形鍵合過程的平均自動鍵合工藝參數(shù)

常用方法是使用特定腐蝕劑（如25%的KOH溶液）選擇性腐蝕掉焊盤金屬，顯露出焊球底部的IMC形貌，然后通過金相顯微鏡等手段觀察和測量。上表匯總的多機(jī)構(gòu)研究數(shù)據(jù)，正是通過這種方法，系統(tǒng)性地建立了剪切力（SF）、SS值與IMC百分比（焊接面積比例）之間的定量關(guān)系。

三、數(shù)據(jù)驅(qū)動工藝優(yōu)化：從相關(guān)性到預(yù)測性

這些關(guān)聯(lián)關(guān)系的建立，使工藝開發(fā)從試錯邁向預(yù)測。通過分析IMC百分比與SS的關(guān)系，可以判斷工藝窗口是否優(yōu)化。更重要的是，基于大量數(shù)據(jù)，可以推導(dǎo)出經(jīng)驗公式，用于在已知焊球尺寸和預(yù)期焊接比例時，預(yù)測理論剪切力；或在測得剪切力后，反推估算有效的焊接面積。這為快速評估新工藝、新材料（如金絲摻雜改變）對鍵合質(zhì)量的影響提供了強(qiáng)有力的工具。

四、細(xì)節(jié)距鍵合評估一體化專業(yè)方案

在細(xì)節(jié)距鍵合強(qiáng)度的科學(xué)評估全流程中，從精準(zhǔn)的宏觀力學(xué)測試到支撐微觀分析的可靠數(shù)據(jù)，都離不開專業(yè)設(shè)備的支撐。科準(zhǔn)測控的精密力學(xué)測試與測量系統(tǒng)，為此提供了一體化解決方案，以精準(zhǔn)、可靠的測試數(shù)據(jù)，賦能微電子封裝行業(yè)的技術(shù)演進(jìn)。我們提供的不僅是設(shè)備，更是幫助客戶在細(xì)節(jié)距時代，實現(xiàn)從“測量”到“理解”，最終達(dá)成“優(yōu)化”與“控制”的科學(xué)工具。