引線鍵合是封裝過程中一道關鍵的工藝，鍵合的質量好壞直接關系到整個封裝器件的性能和可靠性，半導體器件的失效約有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。引線鍵合技術也直接影響到封裝的總厚度。下面科準測控小編就來介紹一下半導體集成電路鍵合強度試驗原理、試驗程序、試驗條件、設備、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、試驗原理

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

三、試驗程序

應采用與特定器件結構相符的、適用訂購文件中規定的試驗條件進行試驗。應計算全部鍵合拉力，并應根據適用情況遵守抽樣、接收和追加樣品規定。除另有規定外，對于條件A、C和D，所需要的試驗鍵合點應從至少四個器件中隨機抽取，為鍵合強度試驗規定的樣本大小用于確定進行拉力試驗的最少鍵合線數，而不是確定至少需要的完整器件數。按試驗條件以D、F、G和H進行的鍵合拉力試驗，雖然同時涉及到兩個或多個鍵合點，但是對鍵合強度試驗和計算樣本大小來說，應將其看成是一個拉力試驗。除另有規定外，按照試驗條件F、G和H的鍵合拉力試驗規定的樣本大小用于確定被試驗的芯片的數量，而不是鍵合數。對于混合或者多芯片器件（無論哪種條件）而言，應至少采用四個芯片，或者如果二個完整的器件上不足四個芯片，那么應采用全部芯片。在芯片下面、芯片上面或芯片周圍，若存在任何導致增加表面鍵合強度的粘附劑、密封劑或其他材料，應在使用這些材料前進行鍵合強度試驗。

當倒裝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，則應采用下述條件∶

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

b） 在鍵合成品器件的同一期間內，使用與鍵合成品器件時相同的鍵合設備鍵合用于本試驗的芯片

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

四、試驗條件

1、試驗條件A--鍵合拉脫

本試驗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，應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。除另有規定外，該角度為90°。當出現失效時，應記錄引起失效的力的大小和失效類別。

2、試驗條件C-引線拉力（單個鍵合點）

本試驗通常應用于微電子器件的芯片或基板以及引線框架上的內部鍵合。連接芯片或基板的引線應被切斷，以使兩端都能進行拉力試驗。在引線較短的情況下，有必要靠近某一端切斷導線，以便在另一端可以進行拉力試驗。把導線固定于適當的裝置，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。當出現失效時，記錄引起失效的力的大小和失效類別。

3、試驗條件D-引線拉力（雙鍵合點）

此試驗的步驟與試驗條件C相同，只是現在是在引線（該引線與芯片、基板或底座或兩個端點相連）下方插入一個鉤子夾緊器件，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。當出現失效時，記錄引起失效的力的大小和失效類別。表1給出最小鍵合強度。圖1用于確定表1中未說明的引線直徑的最小鍵合強度。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，可用一個適當的夾子取代鉤子。

4、試驗條件F一鍵合剪切力（倒裝焊）

本試驗通常用于半導體芯片與基板之間以面鍵合結構進行連接的內部鍵合，它也可用來試驗基板和安裝芯片的中間載體或子基板之間的鍵合。用適當的工具或劈刀正好在位于主基板之上的位置與芯片（或載體）接觸，在垂直于芯片或載體的一個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。當出現失效時，記錄失效時力的大小和失效類別。

5、試驗條件G-推開試驗（梁式引線）

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

6、試驗條件H-拉開試驗（梁式引線）

本試驗通常應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。經過校準的拉開設備包括一個拉開桿（例如鎳鉻或可伐合金線的環），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）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械連接，在垂直方向的5°內施加應力，其值應不小于計算的應力大小（見第六條）或者直到把芯片拉倒離開基板2.54mm為止。當失效出現時，記錄失效時力的大小、計算力的極限值和失效類別。

五、推拉力測試機試驗設備：

科準測控多功能推拉力機是用于為微電子引線鍵合后引線焊接強度測試、焊點與基板表面粘接力測試及其失效分析領域的專用動態測試儀器，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。根據測試需要更換相對應的測試模組,系統自動識別模組量程。可以靈活得應用到不同產品的測試，每個工位獨立設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、準確、適用面廣的特點。適用于半導體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域以及各類院校教學和研究。

六、失效判據

試驗中，若外加應力小于表1中指定的試驗條件、組成和結構所要求的最小鍵合強度時出現鍵合的分離，則為失效。

6.1、失效類別

當有規定時，應記錄造成分離所需要的應力，以及分離或失效類別。失效分類如下∶

a）對于內引線鍵合∶

1） 在頸縮點處（即由于鍵合工藝而使內引線截面減小的位置）引線斷開；

2） 在非頸縮點上引線斷開；

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（在進行鍵合的外引線或引出端和布線板或基板導體間的低溫焊或熔焊交界面）

失效

1. 金屬化導體從布線板或基板上浮起；
2. 布線板或基板內部斷裂。

c） 對于倒裝片結構∶

1） 鍵合材料或基板鍵合區（適用時）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） 鍵合點浮起

7） 金屬化層從芯片上浮起（金屬化層分離），鍵合區的分離；

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據。可運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，必須復制測試試樣，使拉力鉤可以接入，達到拉力試驗的目的。為此，應該在鍵合混合電路產品的同時，采用同樣設備、操作者和步驟鍵合作為試樣的引線。對試驗樣引線進行拉力測試，以取代混合電路上的調諧引線或難以接近的引線的測試。試樣的失效被認為是產品的失效，并應按照適用規范考慮采取合適的處理措施（見圖3）。

七、說明

有關的訂購文件應規定以下內容∶

a） 試驗條件類別的字母代號；

b） 如果不按條六規定，應規定最小鍵合強度或規定所需強度分布的細節（需要時）；

c） 采用的樣本數、接收數或對每一個器件規定拉力試驗的數目和選取方法。如果被試器件不是

4個，還應規定器件數目

d） 對于試驗條件A，如果施加于鍵合上使其脫落的應力角度不是90°，應規定其角度和鍵合強度

極限值（見第六條）；

e） 需要時，給出分離力和失效類別報告的要求（見6.1）。

以上就是編給大家帶來的半導體集成電路鍵合強度的測試介紹，以上包含測試原理、程序、試驗條件、說明等，希望能給大家帶來幫助！科準專注于推拉力測試機研發、生產、銷售。廣泛用于與LED封裝測試、IC半導體封裝測試、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、汽車領域、航天航空領域、軍工產品測試、研究機構的測試及各類院校的測試研究等應用。如果您有遇到任何有關推拉力機、半導體集成電路等問題，歡迎給我們私信或留言，科準的技術團隊也會為您免費解答！

審核編輯 黃昊宇