隨著科技的不斷進(jìn)步，混合電路和功率半導(dǎo)體器件在軍事和商業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，對(duì)這些器件鍵合系統(tǒng)的可靠性要求也隨之提高。特別是在半導(dǎo)體分離器件和混合集成電路中，引線鍵合失效成為了常見(jiàn)的失效模式之一。因此，深入分析影響鍵合鋁線鍵合強(qiáng)度的因素，并針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題進(jìn)行失效分析，變得尤為迫切和重要。
在半導(dǎo)體功率器件和電子元器件產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，鋁線鍵合作為連接芯片與引線框架的關(guān)鍵工藝，其鍵合強(qiáng)度直接關(guān)系到器件的性能和可靠性。鍵合強(qiáng)度不足可能導(dǎo)致器件在工作過(guò)程中出現(xiàn)故障，影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。因此，對(duì)鋁線鍵合強(qiáng)度進(jìn)行精確的測(cè)試和分析，不僅是提高產(chǎn)品質(zhì)量的必要步驟，也是確保器件長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。
本文科準(zhǔn)測(cè)控小編將探討鋁線鍵合強(qiáng)度測(cè)試的重要性，分析影響鍵合強(qiáng)度的多種因素，包括材料特性、鍵合工藝參數(shù)、環(huán)境條件等，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中的案例，對(duì)失效模式進(jìn)行詳細(xì)分析。通過(guò)這些分析，旨在為半導(dǎo)體功率器件和電子元器件的鍵合工藝提供優(yōu)化建議，以提高鍵合質(zhì)量，增強(qiáng)器件的可靠性和耐久性。
一、檢測(cè)原理
鋁線鍵合強(qiáng)度測(cè)試的原理是通過(guò)模擬實(shí)際工作條件下的應(yīng)力，對(duì)鋁線與芯片或引線框架之間的連接強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估。這一過(guò)程通常涉及對(duì)鍵合點(diǎn)施加特定的拉力或剪切力，以測(cè)量其在不同條件下的抗拉強(qiáng)度和穩(wěn)定性，從而確保器件在長(zhǎng)期運(yùn)行中不會(huì)因?yàn)殒I合失效而導(dǎo)致性能下降或故障。
二、影響粗鋁線鍵合失效的因素及失效分析
超聲波鍵合技術(shù)基于壓電陶瓷將超聲發(fā)生器產(chǎn)生的高頻正弦電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)。這些振動(dòng)經(jīng)過(guò)傳輸和放大后，集中在鍵合區(qū)域，產(chǎn)生機(jī)械能和鍵合力。在這一過(guò)程中，劈刀中的鋁線與鍵合面發(fā)生摩擦，清除表面污染物并破壞氧化膜，暴露出純凈的金屬表面。在溫度上升和高頻振動(dòng)的共同作用下，金屬表面的原子被激活，當(dāng)金屬原子間的距離縮小至納米級(jí)別時(shí)，它們可以通過(guò)共享電子形成原子間的電子橋。
在鍵合界面材料的行為分析中，存在兩個(gè)主要階段：
1、初始階段，超聲能量使鋁線發(fā)生軟化和塑性變形。
2、隨后，超聲波能量通過(guò)鋁線傳遞至鍵合界面，表現(xiàn)為一種垂直于脈沖方向的周期性切入運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)鍵合。
三、常用檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)
IPC標(biāo)準(zhǔn)：IPC-9701和IPC-A-610，涉及引線鍵合和電子組件外觀檢驗(yàn)。
ISO標(biāo)準(zhǔn)：ISO 9001和ISO 11401，涵蓋質(zhì)量管理和環(huán)境測(cè)試。
MIL標(biāo)準(zhǔn)：MIL-STD-883和MIL-B-81705，jun用電子組件引線鍵合要求。
SAE標(biāo)準(zhǔn)：SAE AS5553，航空航天和汽車(chē)電子組件引線鍵合。
JEDEC標(biāo)準(zhǔn)：半導(dǎo)體器件引線鍵合標(biāo)準(zhǔn)。
GB標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 20616，電子組件引線鍵合測(cè)試方法。
ESTEC標(biāo)準(zhǔn)：ESCC 3201，微電子器件引線鍵合要求。
四、常用檢測(cè)設(shè)備
Beta S100 推拉力測(cè)試機(jī)
1）設(shè)備概述
a、多功能焊接強(qiáng)度測(cè)試儀是一種專(zhuān)為微電子領(lǐng)域設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)測(cè)試設(shè)備，用于評(píng)估引線鍵合后的焊接強(qiáng)度、焊點(diǎn)與基板的粘接強(qiáng)度以及進(jìn)行失效分析。該儀器能夠執(zhí)行多種測(cè)試，如晶片推力測(cè)試、金球推力測(cè)試和金線拉力測(cè)試，配備有高速力值采集系統(tǒng)，以確保測(cè)試的精確性。
b、用戶(hù)可以根據(jù)具體的測(cè)試需求更換相應(yīng)的測(cè)試模塊，系統(tǒng)將自動(dòng)識(shí)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(cè)試需求。每個(gè)測(cè)試工位都設(shè)有獨(dú)立安全高度和速度限制，以防止因誤操作而損壞測(cè)試探頭。該系統(tǒng)以快速、精確和廣泛的適用性為特點(diǎn)。
c、該測(cè)試儀廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路封裝測(cè)試、LED封裝測(cè)試、光電器件封裝測(cè)試、PCBA電子組裝測(cè)試，以及汽車(chē)電子、航空航天和軍事等領(lǐng)域。同時(shí)，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(jī)構(gòu)的教學(xué)和研究活動(dòng)。
2）設(shè)備特點(diǎn)
3）實(shí)測(cè)案例展示
五、檢測(cè)流程
步驟一、模塊簡(jiǎn)介與準(zhǔn)備
檢查測(cè)試機(jī)和模塊，確保所有設(shè)備均已校準(zhǔn)并處于良好的工作狀態(tài)。
步驟二、模塊安裝
將測(cè)試模塊插入機(jī)器的安裝位置，并接通電氣供應(yīng)。
系統(tǒng)顯示模塊的初始化界面并進(jìn)行初始化。
初始化結(jié)束后，界面消失，系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。
步驟三、測(cè)試鉤針安裝
安裝專(zhuān)用的測(cè)試鉤針。
選擇適合用戶(hù)測(cè)試用的鉤針型號(hào)。
將鉤針推入安裝孔，對(duì)正位置，并用固定螺絲鎖緊。
步驟四、夾具固定
將相關(guān)夾具沿卡口卡入試驗(yàn)臺(tái)，并順時(shí)針鎖緊固定螺絲。
步驟五、設(shè)定測(cè)試參數(shù)
在軟件的測(cè)試方法界面中設(shè)置測(cè)試參數(shù)。
輸入新的測(cè)試方法名稱(chēng)，選擇相應(yīng)的傳感器。
設(shè)置測(cè)試速度、合格力值、剪切高度和著落速度。
所有參數(shù)設(shè)定好后，點(diǎn)擊保存以生效。
步驟五、測(cè)試過(guò)程
在顯微鏡下觀察測(cè)試動(dòng)作，確保試樣固定好。
將測(cè)試鉤針擺放于被測(cè)試樣品的后上方，啟動(dòng)測(cè)試。
觀察測(cè)試動(dòng)作，如有任何不合適的情況，可終止測(cè)試。
測(cè)試完成后，結(jié)果將顯示在軟件的測(cè)試結(jié)果界面中。
步驟六、測(cè)試結(jié)果觀察
觀察產(chǎn)品破壞情況，進(jìn)行失效分析。
在拉力破壞性測(cè)試中，確保測(cè)試點(diǎn)位于焊線的中點(diǎn)位置，并注意拉勾直徑應(yīng)設(shè)置為線徑的3倍以上，以避免引線割斷。
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