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)金屬線實現(xiàn)芯片與封裝基板間的電氣互連，確保信號傳輸?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)測控小編將深入探討金絲鍵合技術(shù)的應(yīng)用、檢測原理、設(shè)備及測試流程，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）將芯片上的焊點與封裝基板或另一芯片上的對應(yīng)焊點連接起來，實現(xiàn)電氣信號的傳輸。這種連接方式不僅確保了信號的高效傳輸，還為芯片提供了良好的機械支撐，增強了封裝結(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。其優(yōu)異的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性確保了芯片在高速運行時的性能穩(wěn)定；抗氧化性和耐腐蝕性則延長了器件的使用壽命。此外，金絲鍵合的高強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、檢測原理
1、拉力測試
拉力測試是評估金絲鍵合質(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，并計算單位長度強度。這一測試能夠直觀反映鍵合點的強度，確保其滿足設(shè)計要求。判定標(biāo)準(zhǔn)為金絲≥5g/mil，銅絲≥8g/mil。
2、剪切測試
剪切測試用于評估鍵合點的剪切強度。將剪切工具水平推壓鍵合點，記錄剪切力并計算剪切強度。該測試能夠檢測鍵合點在橫向受力時的穩(wěn)定性，確保其在實際使用中的可靠性。判定標(biāo)準(zhǔn)為金絲≥8g/mil，銅絲≥12g/mil。
3、硬度測試
硬度測試用于評估鍍金層的硬度，進(jìn)而判斷其耐久性和穩(wěn)定性。使用顯微維氏硬度測試機對鍍金層進(jìn)行測試，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，能夠延長封裝器件的使用壽命。
三、檢測設(shè)備
1、Beta S100推拉力測試儀
Beta S100推拉力測試儀是評估鍵合點強度和質(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，為拉力測試和剪切測試提供可靠的數(shù)據(jù)支持。其高精度的測量系統(tǒng)確保了測試結(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
a、高精度：采用 24Bit 超高分辨率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠精確測量微小的力值變化。
b、自動化程度高：X、Y 軸自動工作臺可實現(xiàn)快速定位，提高測試效率。
c、安全性強：每個工位均設(shè)有獨立安全高度位和限速，有效防止誤操作損壞測試針頭。
d、多量程切換：可自動識別并更換不同量程的測試模組，適應(yīng)不同產(chǎn)品的測試需求。
B、推刀
C、常用工裝夾具
2、顯微維氏硬度測試機
顯微維氏硬度測試機用于測試鍍金層的硬度。通過在顯微鏡下對鍍金層施加特定載荷，測量壓痕的對角線長度，從而計算出硬度值。該設(shè)備能夠提供精確的硬度數(shù)據(jù)，幫助評估鍍金層的質(zhì)量和性能。
四、測試流程
（一）拉力測試流程
準(zhǔn)備工作：將鍵合好的樣品固定在測試平臺上，確保樣品的穩(wěn)定性和測試的準(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)：記錄斷裂時的最大拉力值，并計算單位長度強度。
結(jié)果判定：根據(jù)判定標(biāo)準(zhǔn)，評估鍵合點的拉力是否合格。
（二）剪切測試流程
樣品固定：將鍵合好的樣品固定在剪切測試平臺上，確保樣品的穩(wěn)定性和測試的準(zhǔn)確性。
剪切工具定位：將剪切工具水平放置在鍵合點上，確保剪切工具與鍵合點的良好接觸。
施加剪切力：緩慢施加剪切力，直至鍵合點剪切破壞。
記錄數(shù)據(jù)：記錄剪切破壞時的剪切力，并計算剪切強度。
結(jié)果判定：根據(jù)判定標(biāo)準(zhǔn)，評估鍵合點的剪切強度是否合格。
（三）硬度測試流程
樣品準(zhǔn)備：將鍍金層樣品放置在顯微維氏硬度測試機的測試平臺上，確保樣品表面清潔、平整。
測試參數(shù)設(shè)置：根據(jù)測試要求設(shè)置載荷大小和加載時間等參數(shù)。
施加載荷：啟動顯微維氏硬度測試機，對鍍金層施加設(shè)定的載荷。
測量壓痕：在顯微鏡下觀察壓痕，并測量壓痕的對角線長度。
計算硬度值：根據(jù)壓痕的對角線長度和載荷大小，計算鍍金層的硬度值。
結(jié)果評估：根據(jù)硬度值評估鍍金層的耐久性和穩(wěn)定性。
（四）光學(xué)顯微鏡觀測流程
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，使鍵合點的圖像清晰可見。
觀察形態(tài)：觀察鍵合點的形態(tài)，包括焊球的形狀、大小和表面狀況等。
測量尺寸：使用顯微鏡的測量功能，測量鍵合點的尺寸，如焊球直徑和鍵合高度。
缺陷檢測：檢查鍵合點是否存在裂紋、空洞等表面缺陷，確保鍵合點的完整性。
結(jié)果記錄：記錄觀察和測量結(jié)果，為鍵合質(zhì)量評估提供依據(jù)。
六、實驗結(jié)果與分析
（一）鍍金層硬度測試結(jié)果
實驗測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現(xiàn)牢固連接。
（二）拉力測試下樣品失效模式統(tǒng)計
拉力測試結(jié)果顯示，所有發(fā)生斷裂的樣品斷裂點均位于第一焊點處，表明第一焊點處是鍵合強度最弱的部位。無氰樣品在A點發(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現(xiàn)共熔，導(dǎo)致鍵合強度下降。
（三）鍵合參數(shù)對焊點形狀的影響
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)對鍵合拉力的影響
通過正交實驗和方差分析，發(fā)現(xiàn)超聲時間對鍵合拉力的影響較大，而超聲功率和鍵合壓力的影響相對較小。實驗得出的最佳因素水平為：超聲功率140 mW，超聲時間250 ms，鍵合壓力25 gf。進(jìn)一步延長超聲時間（如300 ms和350 ms）能夠有效降低無氰樣品在A點發(fā)生失效的概率，提升鍵合性能。這可能是因為增加超聲時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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