在半導(dǎo)體封裝工藝中，金線鍵合（Gold Wire Bonding）和銅線鍵合（Copper Wire Bonding）是芯片與封裝基板電氣互連的關(guān)鍵技術(shù)。鍵合強度直接影響器件的機械穩(wěn)定性和長期可靠性，若鍵合質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，可能導(dǎo)致脫焊、線頸斷裂等問題，甚至引發(fā)整機失效。
如何精準(zhǔn)評估鍵合強度？推拉力測試機（Bond Tester）是目前行業(yè)工認(rèn)的檢測手段，可模擬實際工況下的機械應(yīng)力，量化鍵合界面的結(jié)合力。本文科準(zhǔn)測控小編將系統(tǒng)介紹推拉力測試的原理、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、Alpha W260的關(guān)鍵技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化測試流程，幫助封裝工程師掌握精準(zhǔn)評估鍵合強度的方法。
一、推拉力測試的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JEDEC/MIL-STD/SEMI）
在半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域，鍵合強度的評估需遵循嚴(yán)格的國際標(biāo)準(zhǔn)，以確保測試數(shù)據(jù)的可比性和可靠性。主要標(biāo)準(zhǔn)包括：
1、JEDEC JESD22-B116
適用于金線、銅線鍵合的剪切力（Shear Test）和拉力測試（Pull Test）。
規(guī)定最小鍵合強度要求：金線≥3gf/mil，銅線≥4-5gf/mil（視線徑而定）。
測試速度：100-500μm/s，避免動態(tài)沖擊影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。
2、MIL-STD-883 Method 2011.7
jun用及高可靠性器件的鍵合強度測試規(guī)范。
要求高溫老化（如125℃/1000h）后鍵合強度衰減率≤15%。
3、SEMI G86（針對先進(jìn)封裝）
適用于微間距鍵合（<50μm）和低弧度鍵合（Low Loop Bonding）。
引入非破壞性測試（NDT）方法，減少樣品損耗。
二、推拉力測試機的工作原理（剪切力/拉力模式）
Alpha W260采用高精度力學(xué)傳感器和智能控制算法，提供兩種核心測試模式：
1. 剪切力測試（Shear Test）
測試對象：評估鍵合球（Ball Bond）與芯片焊盤（Pad）的結(jié)合強度。
測試方式：
使用鎢鋼探針（直徑50-200μm）水平推動鍵合球，記錄剪切力峰值。
傳感器分辨率達(dá)0.001gf，確保微小鍵合點的精準(zhǔn)測量。
典型失效模式：
脫焊（Lift-off）：鍵合球與焊盤wan全分離，表明界面結(jié)合不良。
焊盤剝離（Pad Cratering）：焊盤下方金屬層斷裂，通常與材料脆性有關(guān)。
2. 拉力測試（Pull Test）
測試對象：評估鍵合線（Wire）的拉伸強度及斷裂位置。
測試方式：
采用微型鉤爪垂直拉伸鍵合線，記錄斷裂力及斷裂位置（線頸/根部）。
支持動態(tài)力-位移曲線分析，識別材料延展性差異。
典型失效模式：
線頸斷裂（Neck Break）：斷裂點位于鍵合球上方，通常與線材強度相關(guān)。
根部斷裂（Heel Break）：斷裂發(fā)生在鍵合點根部，多因鍵合工具磨損導(dǎo)致。
三、常用檢測設(shè)備
1、Alpha W260推拉力測試儀
A、設(shè)備介紹
Alpha-W260自動推拉力測試機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(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，并自由切換量程。
B、推刀或鉤針
C、常用工裝夾具
四、標(biāo)準(zhǔn)化測試流程（以Alpha W260為例）
步驟一、設(shè)備校準(zhǔn)
力傳感器校準(zhǔn)（NIST標(biāo)準(zhǔn)砝碼，五點校準(zhǔn)）。
光學(xué)系統(tǒng)校準(zhǔn)（USAF-1951分辨率靶標(biāo)）。
步驟二、樣品測試
裝樣：真空吸附固定封裝樣品。
定位：自動識別鍵合點，確保探針精準(zhǔn)接觸。
測試：
剪切模式：水平推動鍵合球，記錄峰值剪切力。
拉力模式：垂直拉伸鍵合線，分析斷裂模式。
數(shù)據(jù)存儲：保存力-位移曲線，支持JMP格式導(dǎo)出。
步驟三、數(shù)據(jù)分析
統(tǒng)計過程控制（SPC）：計算Cp/Cpk，評估工藝穩(wěn)定性。
失效分析：自動分類失效模式（脫焊/線頸斷裂/焊盤剝離）。
五、案例：某封裝廠優(yōu)化鍵合工藝
問題：某QFN封裝產(chǎn)品銅線鍵合強度CV值>18%，超出管控標(biāo)準(zhǔn)（<10%）。
解決方案：
使用Alpha W260推拉力測試儀進(jìn)行Mapping Test，發(fā)現(xiàn)邊緣區(qū)域鍵合強度偏低。
通過DOE實驗優(yōu)化參數(shù)（超聲功率80mW、鍵合溫度205℃、作用時間22ms）。
優(yōu)化后，鍵合強度均值提升33%（4.2gf→5.6gf），CV值降至6.8%。
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