半導(dǎo)體集成電路鍵合強(qiáng)度原理、試驗(yàn)程序、試驗(yàn)條件、失效判據(jù)分享！

引線鍵合是封裝過程中一道關(guān)鍵的工藝，鍵合的質(zhì)量好壞直接關(guān)系到整個(gè)封裝器件的性能和可靠性，半導(dǎo)體器件的失效約有1/4～1/3是由芯片互連引起的，故芯片互連對器件長期使用的可靠性影響很大。引線鍵合技術(shù)也直接影響到封裝的總厚度。下面科準(zhǔn)測控小編就來介紹一下半導(dǎo)體集成電路鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)原理、試驗(yàn)程序、試驗(yàn)條件、設(shè)備、失效判斷及說明！

一、什么是鍵合（Wire Bonding）

鍵合就是用金絲、銅絲或鋁絲將半導(dǎo)體器件芯片表面的電極引線與底座或引線框架外引線相連接起來。鍵合的目的是把半導(dǎo)體器件芯片表面的電極與引線框架的外引線連接起來。

二、試驗(yàn)原理

本試驗(yàn)的目的是測量鍵合強(qiáng)度，評估鍵合強(qiáng)度分布或測定鍵合強(qiáng)度是否符合適用的訂購文件的要求。本試驗(yàn)可應(yīng)用于采用低溫焊、熱壓焊、超聲焊或有關(guān)技術(shù)鍵合的、具有內(nèi)引線的微電子器件封裝內(nèi)部的引線-芯片鍵合、引線-基板鍵合或內(nèi)引線-封裝引線鍵合。它也可應(yīng)用于器件的外部鍵合，如器件外引線-基板或布線板的鍵合，或應(yīng)用于不采用內(nèi)引線的器件（如梁式引線或倒裝片器件）中的芯片-基板之間的內(nèi)部鍵合。

三、試驗(yàn)程序

應(yīng)采用與特定器件結(jié)構(gòu)相符的、適用訂購文件中規(guī)定的試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn)。應(yīng)計(jì)算全部鍵合拉力，并應(yīng)根據(jù)適用情況遵守抽樣、接收和追加樣品規(guī)定。除另有規(guī)定外，對于條件A、C和D，所需要的試驗(yàn)鍵合點(diǎn)應(yīng)從至少四個(gè)器件中隨機(jī)抽取，為鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)規(guī)定的樣本大小用于確定進(jìn)行拉力試驗(yàn)的最少鍵合線數(shù)，而不是確定至少需要的完整器件數(shù)。按試驗(yàn)條件以D、F、G和H進(jìn)行的鍵合拉力試驗(yàn)，雖然同時(shí)涉及到兩個(gè)或多個(gè)鍵合點(diǎn)，但是對鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)和計(jì)算樣本大小來說，應(yīng)將其看成是一個(gè)拉力試驗(yàn)。除另有規(guī)定外，按照試驗(yàn)條件F、G和H的鍵合拉力試驗(yàn)規(guī)定的樣本大小用于確定被試驗(yàn)的芯片的數(shù)量，而不是鍵合數(shù)。對于混合或者多芯片器件（無論哪種條件）而言，應(yīng)至少采用四個(gè)芯片，或者如果二個(gè)完整的器件上不足四個(gè)芯片，那么應(yīng)采用全部芯片。在芯片下面、芯片上面或芯片周圍，若存在任何導(dǎo)致增加表面鍵合強(qiáng)度的粘附劑、密封劑或其他材料，應(yīng)在使用這些材料前進(jìn)行鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)。

當(dāng)?shù)寡b片或梁式引線芯片是與基板鍵合而不是在成品器件中的鍵合時(shí)，則應(yīng)采用下述條件∶

a） 從與成品器件中采用的芯片屬于同一批的芯片中，隨機(jī)抽取本試驗(yàn)用的芯片樣本；

b） 在鍵合成品器件的同一期間內(nèi)，使用與鍵合成品器件時(shí)相同的鍵合設(shè)備鍵合用于本試驗(yàn)的芯片

c） 在處理成品器件基板的同一期間內(nèi)，對試驗(yàn)芯片基板進(jìn)行與成品器件基板相同的加工、金屬化和有關(guān)處理。

四、試驗(yàn)條件

1、試驗(yàn)條件A--鍵合拉脫

本試驗(yàn)通常用于器件封裝的外部鍵合。在固定引線或外引線以及器件的外殼時(shí)，應(yīng)在引線或外引線以及布線板或基板之間，以某一角度施加拉力。除另有規(guī)定外，該角度為90°。當(dāng)出現(xiàn)失效時(shí)，應(yīng)記錄引起失效的力的大小和失效類別。

2、試驗(yàn)條件C-引線拉力（單個(gè)鍵合點(diǎn)）

本試驗(yàn)通常應(yīng)用于微電子器件的芯片或基板以及引線框架上的內(nèi)部鍵合。連接芯片或基板的引線應(yīng)被切斷，以使兩端都能進(jìn)行拉力試驗(yàn)。在引線較短的情況下，有必要靠近某一端切斷導(dǎo)線，以便在另一端可以進(jìn)行拉力試驗(yàn)。把導(dǎo)線固定于適當(dāng)?shù)难b置，然后對引線或夾緊引線的裝置施加拉力，其作用力大致垂直于芯片表面或基板。當(dāng)出現(xiàn)失效時(shí)，記錄引起失效的力的大小和失效類別。

3、試驗(yàn)條件D-引線拉力（雙鍵合點(diǎn)）

此試驗(yàn)的步驟與試驗(yàn)條件C相同，只是現(xiàn)在是在引線（該引線與芯片、基板或底座或兩個(gè)端點(diǎn)相連）下方插入一個(gè)鉤子夾緊器件，大約在引線中央施加拉力。該力方向與芯片或基板表面垂直，或與兩鍵合墊肩的直線大致垂直。當(dāng)出現(xiàn)失效時(shí)，記錄引起失效的力的大小和失效類別。表1給出最小鍵合強(qiáng)度。圖1用于確定表1中未說明的引線直徑的最小鍵合強(qiáng)度。對引線直徑或者等效橫截面大于127μm，在引線下不適于使用鉤子的地方，可用一個(gè)適當(dāng)?shù)?a target="_blank">夾子取代鉤子。

4、試驗(yàn)條件F一鍵合剪切力（倒裝焊）

本試驗(yàn)通常用于半導(dǎo)體芯片與基板之間以面鍵合結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接的內(nèi)部鍵合，它也可用來試驗(yàn)基板和安裝芯片的中間載體或子基板之間的鍵合。用適當(dāng)?shù)墓ぞ呋蚺墩迷谖挥谥骰逯系奈恢门c芯片（或載體）接觸，在垂直于芯片或載體的一個(gè)邊界并平行于主基板的方向上施加外力，由剪切力引起鍵合失效。當(dāng)出現(xiàn)失效時(shí)，記錄失效時(shí)力的大小和失效類別。

5、試驗(yàn)條件G-推開試驗(yàn)（梁式引線）

本試驗(yàn)通常用來進(jìn)行工藝控制，并采用鍵合到一特別準(zhǔn)備的基板上的半導(dǎo)體芯片樣品進(jìn)行試驗(yàn)，因此不能用于產(chǎn)品或檢驗(yàn)批的隨機(jī)抽樣試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)采用帶有小孔的金屬化基板，這個(gè)接近中心位置的小孔應(yīng)足夠大，從而為推壓工具提供間隙，但是又不能大到影響鍵合區(qū)。推壓工具應(yīng)足夠大，以使在試驗(yàn)期間的器件斷裂減到最小，但又不能大到與固定鍵合區(qū)的梁式引線相碰。應(yīng)按下述方式進(jìn)行推開試驗(yàn)∶牢固固定基板并穿過小孔插入推壓工具，以小于0.25mm/min的速率實(shí)現(xiàn)推壓工具與硅器件的接觸（這樣不會產(chǎn)生明顯沖擊），并以恒定速率對鍵合器件下側(cè)加力。當(dāng)失效出現(xiàn)時(shí)，記錄失效時(shí)力的大小和失效類別。

6、試驗(yàn)條件H-拉開試驗(yàn)（梁式引線）

本試驗(yàn)通常應(yīng)用在以抽樣方式測試陶瓷或其他合適的基板上鍵合的梁式引線。經(jīng)過校準(zhǔn)的拉開設(shè)備包括一個(gè)拉開桿（例如鎳鉻或可伐合金線的環(huán)），通過粘膠材料（例如熱敏聚乙烯醋酸鹽樹酯膠）與梁式引線芯片的背部（頂側(cè)）牢固連接。把基板牢固地裝在拉開夾具中，而拉開桿和粘膠材料保持牢固的機(jī)械連接，在垂直方向的5°內(nèi)施加應(yīng)力，其值應(yīng)不小于計(jì)算的應(yīng)力大?。ㄒ姷诹鶙l）或者直到把芯片拉倒離開基板2.54mm為止。當(dāng)失效出現(xiàn)時(shí)，記錄失效時(shí)力的大小、計(jì)算力的極限值和失效類別。

五、推拉力測試機(jī)試驗(yàn)設(shè)備：

科準(zhǔn)測控多功能推拉力機(jī)是用于為微電子引線鍵合后引線焊接強(qiáng)度測試、焊點(diǎn)與基板表面粘接力測試及其失效分析領(lǐng)域的專用動態(tài)測試儀器，常見的測試有晶片推力、金球推力、金線拉力等，采用高速力值采集系統(tǒng)。根據(jù)測試需要更換相對應(yīng)的測試模組,系統(tǒng)自動識別模組量程?？梢造`活得應(yīng)用到不同產(chǎn)品的測試，每個(gè)工位獨(dú)立設(shè)置安全高度位及安全限速，防止誤操作對測試針頭造成損壞。且具有測試動作迅速、準(zhǔn)確、適用面廣的特點(diǎn)。適用于半導(dǎo)體IC封裝測試、LED 封裝測試、光電子器件封裝測試、PCBA電子組裝測試、汽車電子、航空航天、軍工等等。亦可用于各種電子分析及研究單位失效分析領(lǐng)域以及各類院校教學(xué)和研究。

六、失效判據(jù)

試驗(yàn)中，若外加應(yīng)力小于表1中指定的試驗(yàn)條件、組成和結(jié)構(gòu)所要求的最小鍵合強(qiáng)度時(shí)出現(xiàn)鍵合的分離，則為失效。

6.1、失效類別

當(dāng)有規(guī)定時(shí)，應(yīng)記錄造成分離所需要的應(yīng)力，以及分離或失效類別。失效分類如下∶

a）對于內(nèi)引線鍵合∶

1） 在頸縮點(diǎn)處（即由于鍵合工藝而使內(nèi)引線截面減小的位置）引線斷開；

2） 在非頸縮點(diǎn)上引線斷開；

3） 芯片上的鍵合（在引線和金屬化層之間的界面）失效；

4） 在基板、封裝外引線鍵臺區(qū)或非芯片位置上的鍵合（引線和金屬化層之間的界面）失效；

5） 金屬化層從芯片上浮起；

6） 金屬化層從基板或封裝外引線鍵合區(qū)上浮起；7） 芯片破裂8） 基板破裂。

b）對于連接器件與電路板或基板的外部鍵合∶

1） 在變形處（受鍵合影響的部位）的外引線或引出端斷開；

2） 在未受鍵合工藝影響的外引線或引出端斷開；

3） 鍵合界面（在進(jìn)行鍵合的外引線或引出端和布線板或基板導(dǎo)體間的低溫焊或熔焊交界面）

失效

1. 金屬化導(dǎo)體從布線板或基板上浮起；
2. 布線板或基板內(nèi)部斷裂。

c） 對于倒裝片結(jié)構(gòu)∶

1） 鍵合材料或基板鍵合區(qū)（適用時(shí)）的失效；

2） 芯片（或載體）或基板的破裂（緊靠在鍵合處下面的芯片或基板失掉一部分）；3） 金屬化層浮起（金屬化層或基板鍵合區(qū)與芯片、載體或基板分離）。

d） 對于梁式引線器件∶

1） 硅片破碎

2） 梁在硅片上浮起；

3） 鍵合處梁斷裂；

4） 硅片邊緣處梁斷裂；

5） 梁在鍵合處和硅片邊線之間斷裂；

6） 鍵合點(diǎn)浮起

7） 金屬化層從芯片上浮起（金屬化層分離），鍵合區(qū)的分離；

8） 金屬化層浮起

注∶射頻微波混合電路要求鍵合引線平直，這可能引起不正確的引線拉力數(shù)據(jù)?？蛇\(yùn)用下述公式確定合適的

引線拉力值∶

此外對射頻/微波混合電路中含有不能采用拉力鉤的引線，必須復(fù)制測試試樣，使拉力鉤可以接入，達(dá)到拉力試驗(yàn)的目的。為此，應(yīng)該在鍵合混合電路產(chǎn)品的同時(shí)，采用同樣設(shè)備、操作者和步驟鍵合作為試樣的引線。對試驗(yàn)樣引線進(jìn)行拉力測試，以取代混合電路上的調(diào)諧引線或難以接近的引線的測試。試樣的失效被認(rèn)為是產(chǎn)品的失效，并應(yīng)按照適用規(guī)范考慮采取合適的處理措施（見圖3）。

七、說明

有關(guān)的訂購文件應(yīng)規(guī)定以下內(nèi)容∶

a） 試驗(yàn)條件類別的字母代號；

b） 如果不按條六規(guī)定，應(yīng)規(guī)定最小鍵合強(qiáng)度或規(guī)定所需強(qiáng)度分布的細(xì)節(jié)（需要時(shí)）；

c） 采用的樣本數(shù)、接收數(shù)或?qū)γ恳粋€(gè)器件規(guī)定拉力試驗(yàn)的數(shù)目和選取方法。如果被試器件不是

4個(gè)，還應(yīng)規(guī)定器件數(shù)目

d） 對于試驗(yàn)條件A，如果施加于鍵合上使其脫落的應(yīng)力角度不是90°，應(yīng)規(guī)定其角度和鍵合強(qiáng)度

極限值（見第六條）；

e） 需要時(shí)，給出分離力和失效類別報(bào)告的要求（見6.1）。

以上就是編給大家?guī)淼陌雽?dǎo)體集成電路鍵合強(qiáng)度的測試介紹，以上包含測試原理、程序、試驗(yàn)條件、說明等，希望能給大家?guī)韼椭】茰?zhǔn)專注于推拉力測試機(jī)研發(fā)、生產(chǎn)、銷售。廣泛用于與LED封裝測試、IC半導(dǎo)體封裝測試、TO封裝測試、IGBT功率模塊封裝測試、光電子元器件封裝測試、大尺寸PCB測試、MINI面板測試、大尺寸樣品測試、汽車領(lǐng)域、航天航空領(lǐng)域、軍工產(chǎn)品測試、研究機(jī)構(gòu)的測試及各類院校的測試研究等應(yīng)用。如果您有遇到任何有關(guān)推拉力機(jī)、半導(dǎo)體集成電路等問題，歡迎給我們私信或留言，科準(zhǔn)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)也會為您免費(fèi)解答！

審核編輯 黃昊宇