推拉力測(cè)試儀在金絲鍵合工藝優(yōu)化中的實(shí)驗(yàn)研究

金絲鍵合技術(shù)作為半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，通過細(xì)金屬線實(shí)現(xiàn)芯片與封裝基板間的電氣互連，確保信號(hào)傳輸?shù)母咝c穩(wěn)定。其在微電子制造中展現(xiàn)出zhuo越的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、抗氧化性及耐腐蝕性，成為滿足高溫、高集成和高可靠性封裝需求的shou選方案。本文科準(zhǔn)測(cè)控小編將深入探討金絲鍵合技術(shù)的應(yīng)用、檢測(cè)原理、設(shè)備及測(cè)試流程，為提升鍵合質(zhì)量與可靠性提供全面指導(dǎo)。

一、金絲鍵合技術(shù)應(yīng)用

1、半導(dǎo)體封裝

在半導(dǎo)體封裝過程中，金絲鍵合技術(shù)通過細(xì)金屬線（主要是金絲）將芯片上的焊點(diǎn)與封裝基板或另一芯片上的對(duì)應(yīng)焊點(diǎn)連接起來，實(shí)現(xiàn)電氣信號(hào)的傳輸。這種連接方式不僅確保了信號(hào)的高效傳輸，還為芯片提供了良好的機(jī)械支撐，增強(qiáng)了封裝結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2、微電子制造

金絲鍵合在微電子制造領(lǐng)域具有諸多優(yōu)勢(shì)。其優(yōu)異的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性確保了芯片在高速運(yùn)行時(shí)的性能穩(wěn)定；抗氧化性和耐腐蝕性則延長(zhǎng)了器件的使用壽命。此外，金絲鍵合的高強(qiáng)度特性使其能夠承受封裝過程中的各種應(yīng)力，保證鍵合點(diǎn)的可靠性。

3、高溫、高集成封裝

隨著電子設(shè)備向小型化、高性能化發(fā)展，金絲鍵合技術(shù)成為滿足高溫、高集成以及高可靠性封裝需求的zui尤引線鍵合方案。其能夠在高溫環(huán)境下保持良好的鍵合性能，同時(shí)適應(yīng)高密度封裝的要求，為先進(jìn)封裝技術(shù)提供了有力支持。

二、檢測(cè)原理

1、拉力測(cè)試

拉力測(cè)試是評(píng)估金絲鍵合質(zhì)量的重要方法之一。通過鉤針垂直鉤住鍵合絲弧頂，以0.1mm/s的速率施加拉力直至斷裂，記錄最大拉力值，并計(jì)算單位長(zhǎng)度強(qiáng)度。這一測(cè)試能夠直觀反映鍵合點(diǎn)的強(qiáng)度，確保其滿足設(shè)計(jì)要求。判定標(biāo)準(zhǔn)為金絲≥5g/mil，銅絲≥8g/mil。

2、剪切測(cè)試

剪切測(cè)試用于評(píng)估鍵合點(diǎn)的剪切強(qiáng)度。將剪切工具水平推壓鍵合點(diǎn)，記錄剪切力并計(jì)算剪切強(qiáng)度。該測(cè)試能夠檢測(cè)鍵合點(diǎn)在橫向受力時(shí)的穩(wěn)定性，確保其在實(shí)際使用中的可靠性。判定標(biāo)準(zhǔn)為金絲≥8g/mil，銅絲≥12g/mil。

3、硬度測(cè)試

硬度測(cè)試用于評(píng)估鍍金層的硬度，進(jìn)而判斷其耐久性和穩(wěn)定性。使用顯微維氏硬度測(cè)試機(jī)對(duì)鍍金層進(jìn)行測(cè)試，記錄硬度值。硬度較高的鍍金層通常具有更好的耐磨性和抗腐蝕性，能夠延長(zhǎng)封裝器件的使用壽命。

三、檢測(cè)設(shè)備

1、Beta S100推拉力測(cè)試儀

Beta S100推拉力測(cè)試儀是評(píng)估鍵合點(diǎn)強(qiáng)度和質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備。它能夠精確施加拉力和剪切力，并記錄相應(yīng)的力值，為拉力測(cè)試和剪切測(cè)試提供可靠的數(shù)據(jù)支持。其高精度的測(cè)量系統(tǒng)確保了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，是確保鍵合質(zhì)量的重要工具。

A、產(chǎn)品特點(diǎn)

a、高精度：采用 24Bit 超高分辨率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠精確測(cè)量微小的力值變化。

b、自動(dòng)化程度高：X、Y 軸自動(dòng)工作臺(tái)可實(shí)現(xiàn)快速定位，提高測(cè)試效率。

c、安全性強(qiáng)：每個(gè)工位均設(shè)有獨(dú)立安全高度位和限速，有效防止誤操作損壞測(cè)試針頭。

d、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。

B、推刀

C、常用工裝夾具

2、顯微維氏硬度測(cè)試機(jī)

顯微維氏硬度測(cè)試機(jī)用于測(cè)試鍍金層的硬度。通過在顯微鏡下對(duì)鍍金層施加特定載荷，測(cè)量壓痕的對(duì)角線長(zhǎng)度，從而計(jì)算出硬度值。該設(shè)備能夠提供精確的硬度數(shù)據(jù)，幫助評(píng)估鍍金層的質(zhì)量和性能。

四、測(cè)試流程

（一）拉力測(cè)試流程

準(zhǔn)備工作：將鍵合好的樣品固定在測(cè)試平臺(tái)上，確保樣品的穩(wěn)定性和測(cè)試的準(zhǔn)確性。

鉤針定位：使用鉤針垂直鉤住鍵合絲弧頂，確保鉤針與鍵合絲的良好接觸。

施加拉力：以0.1mm/s的速率緩慢施加拉力，直至鍵合絲斷裂。

記錄數(shù)據(jù)：記錄斷裂時(shí)的最大拉力值，并計(jì)算單位長(zhǎng)度強(qiáng)度。

結(jié)果判定：根據(jù)判定標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)估鍵合點(diǎn)的拉力是否合格。

（二）剪切測(cè)試流程

樣品固定：將鍵合好的樣品固定在剪切測(cè)試平臺(tái)上，確保樣品的穩(wěn)定性和測(cè)試的準(zhǔn)確性。

剪切工具定位：將剪切工具水平放置在鍵合點(diǎn)上，確保剪切工具與鍵合點(diǎn)的良好接觸。

施加剪切力：緩慢施加剪切力，直至鍵合點(diǎn)剪切破壞。

記錄數(shù)據(jù)：記錄剪切破壞時(shí)的剪切力，并計(jì)算剪切強(qiáng)度。

結(jié)果判定：根據(jù)判定標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)估鍵合點(diǎn)的剪切強(qiáng)度是否合格。

（三）硬度測(cè)試流程

樣品準(zhǔn)備：將鍍金層樣品放置在顯微維氏硬度測(cè)試機(jī)的測(cè)試平臺(tái)上，確保樣品表面清潔、平整。

測(cè)試參數(shù)設(shè)置：根據(jù)測(cè)試要求設(shè)置載荷大小和加載時(shí)間等參數(shù)。

施加載荷：?jiǎn)?dòng)顯微維氏硬度測(cè)試機(jī)，對(duì)鍍金層施加設(shè)定的載荷。

測(cè)量壓痕：在顯微鏡下觀察壓痕，并測(cè)量壓痕的對(duì)角線長(zhǎng)度。

計(jì)算硬度值：根據(jù)壓痕的對(duì)角線長(zhǎng)度和載荷大小，計(jì)算鍍金層的硬度值。

結(jié)果評(píng)估：根據(jù)硬度值評(píng)估鍍金層的耐久性和穩(wěn)定性。

（四）光學(xué)顯微鏡觀測(cè)流程

樣品放置：將鍵合好的樣品放置在光學(xué)顯微鏡的載物臺(tái)上，確保樣品的穩(wěn)定性和觀察的清晰度。

調(diào)整焦距：通過調(diào)整顯微鏡的焦距，使鍵合點(diǎn)的圖像清晰可見。

觀察形態(tài)：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。

測(cè)量尺寸：使用顯微鏡的測(cè)量功能，測(cè)量鍵合點(diǎn)的尺寸，如焊球直徑和鍵合高度。

缺陷檢測(cè)：檢查鍵合點(diǎn)是否存在裂紋、空洞等表面缺陷，確保鍵合點(diǎn)的完整性。

結(jié)果記錄：記錄觀察和測(cè)量結(jié)果，為鍵合質(zhì)量評(píng)估提供依據(jù)。

六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

（一）鍍金層硬度測(cè)試結(jié)果

實(shí)驗(yàn)測(cè)得無氰樣品電鍍后的鍍金層硬度為130~160 HV，含氰樣品電鍍后的鍍金層硬度為90~120 HV。無氰樣品的平均硬度相較于含氰樣品高出約40 HV。這表明無氰電鍍金液制備的鍍金層具有更高的硬度，但較高的硬度可能導(dǎo)致金絲在鍵合過程中不易實(shí)現(xiàn)牢固連接。

（二）拉力測(cè)試下樣品失效模式統(tǒng)計(jì)

拉力測(cè)試結(jié)果顯示，所有發(fā)生斷裂的樣品斷裂點(diǎn)均位于第一焊點(diǎn)處，表明第一焊點(diǎn)處是鍵合強(qiáng)度最弱的部位。無氰樣品在A點(diǎn)發(fā)生失效的比例較含氰樣品高出15%，這可能與無氰樣品的金鍍層硬度較高有關(guān)。較高的硬度使得金絲在鍵合過程中難以與底材的電鍍金實(shí)現(xiàn)共熔，導(dǎo)致鍵合強(qiáng)度下降。

（三）鍵合參數(shù)對(duì)焊點(diǎn)形狀的影響

鍍層焊球直徑：在相同參數(shù)條件下，無氰樣品的焊球直徑通常大于含氰樣品。這是由于無氰樣品的硬度較高，金絲在鍵合過程中難以與底材電鍍金共熔，導(dǎo)致金球向外鋪展。

鍍層鍵合高度：無氰樣品的鍵合高度也大于含氰樣品。較高的硬度使得超聲能量主要用于金絲焊球的形變，導(dǎo)致焊球直徑和高度相對(duì)較大。較小的焊球直徑和鍵合高度有助于提升鍵合性能。

（四）鍵合參數(shù)對(duì)鍵合拉力的影響

通過正交實(shí)驗(yàn)和方差分析，發(fā)現(xiàn)超聲時(shí)間對(duì)鍵合拉力的影響較大，而超聲功率和鍵合壓力的影響相對(duì)較小。實(shí)驗(yàn)得出的最佳因素水平為：超聲功率140 mW，超聲時(shí)間250 ms，鍵合壓力25 gf。進(jìn)一步延長(zhǎng)超聲時(shí)間（如300 ms和350 ms）能夠有效降低無氰樣品在A點(diǎn)發(fā)生失效的概率，提升鍵合性能。這可能是因?yàn)樵黾映晻r(shí)間有利于清除被焊芯片表面的吸附層和氧化膜，使原子間的冶金結(jié)合更加徹di，從而形成更好的金屬間化合物連接。

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