化學(xué)鎳鈀金引線鍵合可靠性測試：推拉力測試機操作詳解

在半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域，金線引線鍵合技術(shù)因其zhuo越的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性而備受青睞。這種技術(shù)不僅關(guān)系到電子器件的性能，更是確保其長期可靠性的關(guān)鍵。隨著微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，對封裝載體印制線路板（PCB）的表面處理工藝要求也日益提高。從最初的噴錫、鍍金、沉金，到現(xiàn)在的化學(xué)鎳鈀金（ENEPIG）工藝，每一次技術(shù)的革新都旨在解決前一代技術(shù)中存在的問題，如“金脆"現(xiàn)象和“黑焊盤"問題。

本文科準(zhǔn)測控小編旨在探討化學(xué)鎳鈀金產(chǎn)品在引線鍵合過程中的常見失效問題，并通過對機理的深入分析和試驗驗證，識別影響化學(xué)鎳鈀金產(chǎn)品引線鍵合可靠性的關(guān)鍵因素。我們將從金線引線鍵合的失效模式入手，分析金線拉脫、金層拉脫以及銅鎳層間分離等問題，并探討金層厚度、鈀層厚度、化學(xué)鎳鈀金焊盤的表面粗糙度等關(guān)鍵影響因素。

一、測試相關(guān)原理

在半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域，金線引線鍵合技術(shù)是實現(xiàn)芯片與載體印制線路板（PCB）之間電性連接的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這項技術(shù)不僅關(guān)系到芯片的保護(hù)、支撐和連接，更是確保產(chǎn)品可靠性的重要因素。以下是金線引線鍵合測試原理的概述：

1、金線鍵合力度測試：拉線測試是評估金線鍵合力度的常用方法。在測試中，拉鉤置于已經(jīng)鍵合在芯片和封裝材料兩端的金線下方，拉扯力度方向與芯片表面垂直。測試記錄拉扯力度和拉線失效模式，如第一鍵合點被拉起、金線頸部斷開、金線中部斷開、線腳部分?jǐn)嚅_或第二鍵合點被拉起。這些失效模式對于理解鍵合的可靠性至關(guān)重要。

2、化學(xué)鎳鈀金引線鍵合：化學(xué)鎳鈀金（ENEPIG）工藝在引線鍵合中的應(yīng)用可以有效提高焊點的穩(wěn)定性和可靠性。通過在鎳層和金層之間引入鈀層，不僅可以防止金層和鎳層的相互擴散，還可以提高焊點的機械強度和電導(dǎo)性能。然而，要充分發(fā)揮化學(xué)鎳鈀金的優(yōu)勢，還需要對引線鍵合過程中的各種參數(shù)進(jìn)行精確控制。

二、化學(xué)鎳鈀金金線引線鍵合過程分析

引線鍵合過程[4]可以簡化如圖所示：

（1）磁頭加熱熔出金球；

（2）金球下降至焊盤形成第一焊點；

（3）磁頭按軌跡牽引金線至另一焊盤，下壓并通過振動、溫度形成焊接作用，形成第二焊點。

上述圖示為引線鍵合宏觀過程，但要分析鍵合可靠性，需要立足于微觀結(jié)構(gòu)分析焊點的形成過程，目前金線引線鍵合工藝一般采用熱超聲法，其焊點形成過程如圖7所示：（1）金線與焊盤接觸，形成局部連接；（2）在持續(xù)壓力與超聲震動下，擴大接觸面，金填充焊盤表面較大縫隙；（3）高溫作用下降低金球表面張力，填充細(xì)微縫隙的同時焊盤表面金、鈀層溶解；（4）金屬原子層間發(fā)生相互擴散，金屬間隙消失形成焊點。

三、常用檢測設(shè)備

1、 Beta S100 推拉力測試機

1）設(shè)備概述

a、多功能焊接強度測試儀是一種專為微電子領(lǐng)域設(shè)計的動態(tài)測試設(shè)備，用于評估引線鍵合后的焊接強度、焊點與基板的粘接強度以及進(jìn)行失效分析。該儀器能夠執(zhí)行多種測試，如晶片推力測試、金球推力測試和金線拉力測試，配備有高速力值采集系統(tǒng)，以確保測試的精確性。

b、用戶可以根據(jù)具體的測試需求更換相應(yīng)的測試模塊，系統(tǒng)將自動識別并調(diào)整到合適的量程。這種靈活性使得設(shè)備能夠適應(yīng)不同產(chǎn)品的測試需求。每個測試工位都設(shè)有獨立安全高度和速度限制，以防止因誤操作而損壞測試探頭。該系統(tǒng)以快速、精確和廣泛的適用性為特點。

c、該測試儀廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路封裝測試、LED封裝測試、光電器件封裝測試、PCBA電子組裝測試，以及汽車電子、航空航天和軍事等領(lǐng)域。同時，它也適用于電子分析和研究單位進(jìn)行失效分析，以及教育機構(gòu)的教學(xué)和研究活動。

2）設(shè)備特點

四、化學(xué)鎳鈀金金線引線鍵合失效模式分析

步驟一、測試準(zhǔn)備

準(zhǔn)備推拉力測試機，確保設(shè)備校準(zhǔn)準(zhǔn)確，無gu障。

準(zhǔn)備測試記錄表，用于記錄測試數(shù)據(jù)和結(jié)果。

步驟二、設(shè)備設(shè)置

根據(jù)測試標(biāo)準(zhǔn)或工藝要求，設(shè)置推拉力測試機的參數(shù)，包括測試速度、最大拉力等。

調(diào)整測試機的夾具，確保金線能夠被正確夾持，且測試方向與金線鍵合方向一致。

步驟三、樣品固定

將待測試的樣品固定在測試機的工作臺上，確保平整且穩(wěn)定。

調(diào)整夾具（鉤針)，使金線位于測試路徑的中心位置。

步驟四、測試執(zhí)行

啟動測試機，開始施加拉力。觀察金線在逐漸增加的拉力下的反應(yīng)。

記錄金線在不同拉力下的形變情況，直至金線斷裂或從焊盤上脫落。

步驟五、數(shù)據(jù)記錄

在測試過程中，記錄金線斷裂時的最大拉力值。

記錄失效模式，即金線斷裂的位置（如金線頸部、焊點處等）。

步驟六、結(jié)果評估

根據(jù)記錄的最大拉力值，判斷鍵合質(zhì)量是否合格。如果測試?yán)Υ笥?/span>3g，且失效模式正常（即金線從焊點處斷裂，而非金線本身斷裂），則認(rèn)為鍵合效果合格。

如果拉力值低于3g或失效模式異常，需要對鍵合工藝進(jìn)行審查和調(diào)整。

步驟七、異常處理

對于測試不合格的樣品，進(jìn)行原因分析，可能包括鍵合壓力不當(dāng)、金線質(zhì)量問題、焊盤表面處理不當(dāng)?shù)取?/span>

根據(jù)分析結(jié)果，調(diào)整工藝參數(shù)或改進(jìn)材料，重新進(jìn)行鍵合和測試。

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