推拉力测试机在铜线键合塑封器件中的应用分析

在半导体封装领域，随着材料科学和制造技术的进步，铜线键合作为一种新兴技术，正逐渐取代传统的金线键合，成为行业发展的新趋势。铜线因其优异的导电性能、成本效益和良好的机械性能，被广泛应用于集成电路的互连。然而，由于铜线的材料特性和制造工艺与金线或铝线存在显著差异，传统的破坏性物理分析（DPA）方法已不再完全适用于铜线键合的器件。因此，开发一套针对铜线键合塑封器件的破坏性物理分析方法显得尤为重要。

在本文中，科准测控小编将详细介绍铜线键合塑封器件破坏性测试方法，包括但不限于键合强度测试以及断裂模式分析。这些步骤和判据的确立，将为半导体封装工艺的优化和器件可靠性的提高提供科学依据。通过本文的深入分析，我们期望能够为半导体封装领域的研究人员和工程师提供宝贵的参考和指导。

1. 破坏性物理分析

破坏性物理分析（DPA）是一种关键的验证过程，它用于确保电子元器件的设计、结构、材料和制造质量符合预期用途或特定规范的要求。DPA还评估元器件是否达到了规定的可靠性和保障性标准。这一过程涉及对元器件样本进行一系列失效机理的分析和试验，以识别失效是随机事件还是系统性问题。基于这些分析的结果，可以采取相应的纠正措施，进而提升元器件的可靠性。因此，DPA在半导体器件的可靠性评估中扮演着至关重要的角色。

铜线作为一种新兴的键合引线材料，由于其独特的属性，其生产过程与金线或铝线键合有所不同，这也导致了不同的缺陷类型。例如，键合点的脱落、芯片焊盘上的硅弹坑以及芯片表面的易腐蚀性是铜线键合中常见的失效现象。因此，在铜线键合塑封器件的可靠性检测中，破坏性物理分析显得尤为关键，它有助于识别和解决这些特定的失效问题。

1. 常用检测标准

键合拉力测试方法按照 GJB548B-2005 方法 2011.1（键合强度-破坏性键合拉力试验）试验条件 D

1. 测试类型
2. 键合拉力测试键合拉力测试的核心目标是量化键合强度、评估其分布情况，以及验证键合强度是否达到标准规定的要求。根据GJB548B-2005标准中的2011.1条款（即破坏性键合拉力试验），在进行键合拉力测试时，应采用条件D所描述的方法。具体操作中，对于双键合点，需在引线下方安装一个钩子来施加拉力，确保拉力的方向垂直于芯片表面，并在引线弯曲的最高点施加。钩子底部的横向长度应超过键合引线的直径。测试中，最小键合力和断裂模式是判断键合拉力测试结果的两个主要标准。

1. 常用检测设备

Beta S100 推拉力测试机

1）设备概述

a、多功能焊接强度测试仪是一种专为微电子领域设计的动态测试设备，用于评估引线键合后的焊接强度、焊点与基板的粘接强度以及进行失效分析。该仪器能够执行多种测试，如晶片推力测试、金球推力测试和金线拉力测试，配备有高速力值采集系统，以确保测试的精确性。

b、用户可以根据具体的测试需求更换相应的测试模块，系统将自动识别并调整到合适的量程。这种灵活性使得设备能够适应不同产品的测试需求。每个测试工位都设有独立安全高度和速度限制，以防止因误操作而损坏测试探头。该系统以快速、精确和广泛的适用性为特点。

c、该测试仪广泛应用于半导体集成电路封装测试、LED封装测试、光电器件封装测试、PCBA电子组装测试，以及汽车电子、航空航天和军事等领域。同时，它也适用于电子分析和研究单位进行失效分析，以及教育机构的教学和研究活动。

2）设备特点

1. 试验流程

a、模块简介与准备

检查测试机和模块，确保所有设备均已校准并处于良好的工作状态。

b、模块安装

将测试模块插入机器的安装位置，接通电气供应。

系统显示模块的初始化界面并初始化测试模块。

模块初始化结束后，界面消失，系统进入工作状态。

c、测试钩针安装

安装专用的测试用钩针。

选择适合用户测试用的钩针型号。

将钩针推入安装孔，对正位置，并用固定螺丝锁紧。

d、夹具固定

将相关夹具沿卡口卡入试验台，并顺时针锁紧固定螺丝。

e、设定测试参数

在软件的测试方法界面中设置测试参数。

输入新的测试方法名称，选择相应的传感器。

设置测试速度、合格力值、剪切高度和着落速度。

所有参数设定好后，点击保存以生效。

f、测试过程：

在显微镜下观察测试动作，确保试样固定好。

将测试钩针摆放于被测试样品的后上方，启动测试。

观察测试动作，如有任何不合适的情况，可终止测试。

测试完成后，结果将显示在软件的测试结果界面中。

g、测试结果观察

观察产品破坏情况，进行失效分析。

1. 常见断裂模式

引线在进行键合拉力测试时，将会产生以下5种断裂模式：

1. 第一键合点的颈缩点位置断裂；
2. 第一键合点与焊盘脱离；
3. 第二键合点的颈缩点位置断裂；
4. 第二键合点引线框脱离；
5. 引线中间部位断裂。

断裂模式 1、断裂模式 3、断裂模式 5 属于正常的断裂模式，当出现断裂模式 2 或 4 时，相应的键合力应会比其他正常模式的力小。其原因有可能是键合过程中其 IMC 层没有生长好，或者芯片焊盘有粘污导致键合不好。

铜线键合常见的断裂模式为引线中间部位断裂。和金线键合的断裂模式相比较，铜线键合异常模式更容易出现断裂模式

其原因有两点：（1）铜线易氧化，不容易键合；

（2）在相同条件的键合工艺下，金铝 IMC层比铜铝 IMC 层生长更快。因此键合拉力测试出现断裂模式 2 时，建议进行金相研磨试验，观察 IMC 层生长情况。

铜线键合拉力测试出现断裂模式4时，应检查引线框架是否被酸腐蚀，排除化学开封时人为产生的缺陷。

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