在微電子制造領(lǐng)域，引線鍵合的可靠性是芯片長期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。一直以來，行業(yè)內(nèi)普遍使用拉力測試作為評估鍵合強(qiáng)度的主要手段，這種方法通過垂直拉伸引線來測量其斷裂強(qiáng)度，確實(shí)為工藝優(yōu)化提供了重要參考。然而，隨著半導(dǎo)體封裝技術(shù)向更小尺寸、更高密度發(fā)展，拉力測試的局限性日益凸顯，通過拉力測試的產(chǎn)品仍可能在后期使用中出現(xiàn)失效。那么今天科準(zhǔn)測控小編就來給您講解講解相關(guān)的知識點(diǎn)。
一、拉力測試的物理局限
在球形鍵合工藝中，焊球與焊盤界面面積通常是引線橫截面積的3-6倍。這種情況下，即使界面結(jié)合存在缺陷，拉力測試中引線往往會在鍵合頸部上方的熱影響區(qū)先斷裂，導(dǎo)致界面質(zhì)量問題被掩蓋。研究證實(shí)，當(dāng)焊球接觸面積達(dá)到引線截面積的10-20%以上時，拉力測試基本無法反映焊球-焊盤界面的真實(shí)結(jié)合強(qiáng)度。這正是某些產(chǎn)品通過拉力測試卻在后續(xù)使用中失效的根本原因之一。
二、界面強(qiáng)度：被忽視的關(guān)鍵因素
引線鍵合的可靠性取決于兩個相互獨(dú)立又相互影響的要素：引線自身強(qiáng)度和焊球-焊盤界面結(jié)合強(qiáng)度。界面結(jié)合不良可能導(dǎo)致的失效模式包括：溫度循環(huán)下的界面退化、電流過載時的局部過熱、機(jī)械振動引起的界面剝離、潮濕環(huán)境下的腐蝕擴(kuò)散...這些失效模式在拉力測試中難以被發(fā)現(xiàn)，卻在產(chǎn)品使用過程中逐漸顯現(xiàn)，嚴(yán)重影響使用壽命。
三、焊球剪切測試的獨(dú)特意義
焊球剪切測試通過平行于芯片表面的推力直接作用于焊球側(cè)面，精準(zhǔn)測量界面結(jié)合強(qiáng)度。其物理原理可簡化為：剪切力 = 界面結(jié)合強(qiáng)度 × 有效剪切面積。相較于拉力測試，剪切測試具備明顯優(yōu)勢：
l 直接性：測試力直接作用于評估目標(biāo)（焊球-焊盤界面）
l 排干擾性：避免了引線強(qiáng)度對測試結(jié)果的干擾
l 真實(shí)性：更貼近實(shí)際使用中的應(yīng)力狀態(tài)
l 敏感性：能發(fā)現(xiàn)微觀界面的結(jié)合缺陷
四、焊球剪切測試的適用場景
工藝開發(fā)與優(yōu)化階段
在新工藝開發(fā)過程中，需要精確評估界面結(jié)合質(zhì)量時，剪切測試能夠提供更直接、更敏感的反饋數(shù)據(jù)。特別是在優(yōu)化鍵合溫度、壓力、時間等關(guān)鍵參數(shù)時，剪切測試結(jié)果的指導(dǎo)意義更為明確。
高風(fēng)險產(chǎn)品制造
對于航空航天、醫(yī)療設(shè)備、汽車電子等高可靠性要求的應(yīng)用領(lǐng)域，必須采用剪切測試來確保界面質(zhì)量的可靠性。這些領(lǐng)域往往要求界面結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到特定標(biāo)準(zhǔn)，而拉力測試無法提供這樣的準(zhǔn)確評估。
失效分析與故障診斷
當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)鍵合相關(guān)的質(zhì)量問題時，剪切測試能夠幫助工程師準(zhǔn)確定位失效原因。通過分析剪切斷裂面形貌和剪切力曲線特征，可以判斷界面失效的模式和根本原因。
質(zhì)量控制與工藝監(jiān)控
在生產(chǎn)過程中，定期進(jìn)行剪切測試可以作為工藝穩(wěn)定性的重要監(jiān)控手段。與拉力測試形成互補(bǔ)，構(gòu)建更完整的質(zhì)量控制體系。
五、新技術(shù)與新材料的應(yīng)用評估
隨著封裝技術(shù)和新型鍵合材料的不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的拉力測試標(biāo)準(zhǔn)可能不再適用。剪切測試在這種情況下能夠提供更準(zhǔn)確的性能評估。
在實(shí)際應(yīng)用中，建議建立分層的測試策略，日常監(jiān)控以拉力測試為主，保持測試效率，在定期驗(yàn)證、工藝變更時、質(zhì)量問題調(diào)查時優(yōu)先采用剪切測試。科準(zhǔn)測控Alpha-W260系列推拉力測試機(jī)針對不同測試需求提供專業(yè)解決方案，其BS5KG推力模塊專為焊球剪切測試設(shè)計，支持精確的力值測量和過程控制。設(shè)備采用模塊化設(shè)計，可在不同測試模式間快速切換，滿足多樣化的測試需求。追求更精準(zhǔn)的測試，是為了實(shí)現(xiàn)更可靠的連接。我們期待與行業(yè)同仁共同推進(jìn)測試技術(shù)的發(fā)展，為微電子制造的每一個連接提供值得信賴的質(zhì)量保證。
