芯片键合力、剪切力、球推力及线拉力测试标准详解

在半导体封装测试领域，芯片键合力、金线拉力、金球推力等力学性能测试是确保封装可靠性的关键环节。随着芯片尺寸不断缩小、集成度持续提高，这些微观力学性能的精确测试变得尤为重要。

本文科准测控小编将系统介绍半导体封装中Die、Ball、Bond等关键部位的力学测试标准和方法，并重点介绍Alpha W260推拉力测试机等专业设备在这些测试中的应用。通过建立科学的测试标准和规范的操作流程，我们可以有效评估封装质量，预防早期失效，为半导体产品的可靠性保驾护航。

一、金线拉力测试标准

金线键合是半导体封装中最常见的互连方式之一，其拉力强度直接影响到器件的可靠性。金线拉力测试是评估键合质量的重要手段。

1、测试方法

使用Alpha W260推拉力测试机进行测试时，需注意：

钩针位置应位于金线线弧的最高点

测试高度必须精确控制，这直接关系到测试结果的可靠性

2、断线模式分析

测试中可能出现以下几种断线模式：

A模式：第一焊点和电极之间剥离

B模式：第一焊点上升部位断线

C模式：在B~D之间断线

D模式：第二焊点断线

E模式：鱼尾脱落

评判标准：A、D、E处断线为异常情况，表明键合工艺存在问题；B、C模式为正常断裂模式。

3、拉力标准

引用MIL-STD-883G Bond Strength标准：

1mil(25.4μm)金线拉力值应大于5g

1.2mil(30.5μm)金线拉力值应大于8g

4、线径与拉力对应表：

二、金球推力测试标准

金球推力测试是评估第一焊点(球焊点)键合强度的重要方法，使用Alpha W260推拉力测试机可获得精确数据。

1、测试定位要点

a推球高度h：

最低不能接触焊表面

最高不能超过球焊点高度的一半

这一高度的精确控制对测试结果可靠性至关重要

b推刀位置：

推刀应与测试面保持平行

推力方向应与基板表面平行

c测试结果判定金球推力测试后可能出现以下几种情况：

TYPE 1：Bond Lift(绑定上提)

特征：引线与接合面分离，几乎没有或完全没有金属化接合于接合面；接合表面完好无损

判定：金球剥离，无金属残留，判定PASS

TYPE 2：Bond Shear -Gold/Aluminum(粘结剪切 - 金/铝)

特征：大部分引线焊接在引线上；球状或楔形接合区域完好无损

判定：金球剥离，有少量金属残留，判定PASS

TYPE 3：Cratering(弹坑)

特征：与线键合连接的残余键合表面和基底材料；键合表面提升基板材料的部分

判定：金球剥离有弹坑，判定FAIL

TYPE 4：Bonding Surface Contact(键合表面接触)

特征：键合表面与分离表面分隔开

判定：推刀与芯片表面接触，表面金属层脱离芯片，判定FAIL

TYPE 5：Shearing Skip(剪切跳空)

特征：细小的端口连接在电线之上；引线键合点过高，仅推掉了一部分的引线键合点

判定：仅部分金球剥离，判定FAIL

TYPE 6：Bonding Surface Lift(键合表面提升)

特征：连接表面与分离表面之间的金属化层

判定：金球剥离，表面金属层部分脱落，判定FAIL

2、推力标准

三、芯片推力测试标准

芯片推力测试是评估芯片与基板间键合强度的重要方法，Alpha W260推拉力测试机在此测试中表现优异。

1、测试方法

推刀和芯片基底呈90度角

选择芯片长边进行推力测试

测试位置应在芯片边缘中央区域

2、测试结果判定

芯片推力测试后可能出现以下几种破坏模式：

A模式：芯片与基板完全分离，无残留材料

B模式：芯片表面有部分基板材料残留

C模式：芯片断裂，部分残留在基板上

D模式：基板材料被拉起，形成弹坑

3、评判标准

B、C、D模式可接受

A模式不可接受，表明键合强度不足

4、推力标准

引用MIL-STD-883G Die Shear Strength标准：

一般规定芯片推力应大于200g

具体标准根据芯片尺寸计算

芯片面积与推力对应关系：

芯片面积小于500密耳²(约0.32mm²)的：

最小推力(g) = 0.8 × 芯片面积(密耳²)

示例：

边长为10mil的芯片，面积为100密耳²，则最小推力为：0.8×100=80g

边长为20mil的芯片，面积为400密耳²，则最小推力为：0.8×400=320g

芯片尺寸与推力对应图：

四、Alpha W260推拉力测试机的应用

Alpha W260推拉力测试机是半导体封装测试领域的专业设备，具有以下特点和应用优势：

1、设备特点

a、高精度：全量程采用自主研发的高精度数据采集系统，确保测试数据的准确性。

b、多功能性：支持多种测试模式，如晶片推力测试、金球推力测试、金线拉力测试以及剪切力测试等。

c、操作便捷：配备专用软件，操作简单，支持多种数据输出格式，能够完美匹配工厂的SPC网络系统。

2、在键合测试中的应用

A、金线拉力测试：

精确控制钩针位置和提升速度

自动记录断裂力和断裂位置

提供统计分析和报表生成

B、金球推力测试：

精确定位推刀高度和角度

多种测试模式可选

自动判断失效模式

C、芯片推力测试：

高精度定位芯片边缘

恒定速度或恒定力测试模式

破坏模式自动识别

3、应用优势

A、数据可靠性高：

精密的机械结构和控制系统确保测试条件一致

高精度传感器提供可靠的测试数据

B、操作效率高：

自动化测试流程减少人为误差

批量测试功能提高测试效率

C、适应性强：

可适配多种测试工装

适用于不同尺寸和类型的样品

以上就是小编介绍的有关于芯片键合力、剪切力、球推力及线拉力测试标准分析相关内容了，希望可以给大家带来帮助！如果您还想了解更多BGA封装料件焊点的可靠性测试方法、视频和操作步骤，推拉力测试机怎么使用视频和图解，使用步骤及注意事项、作业指导书，原理、怎么校准和使用方法视频，推拉力测试仪操作规范、使用方法和测试视频，焊接强度测试仪使用方法和键合拉力测试仪等问题，欢迎您关注我们，也可以给我们私信和留言，【科准测控】小编将持续为大家分享推拉力测试机在锂电池电阻、晶圆、硅晶片、IC半导体、BGA元件焊点、ALMP封装、微电子封装、LED封装、TO封装等领域应用中可能遇到的问题及解决方案。

审核编辑 黄宇