推拉力测试仪在金丝球焊质量评估中的应用与操作

在微电子封装领域，随着电子设备向小型化、高性能化发展，微组装工艺的重要性日益凸显。在众多键合技术中，金丝球焊以其卓越的电气性能和机械稳定性，成为了连接芯片与引脚的主流技术之一。球焊技术不仅能够实现任意方向的拱弧键合，而且因其高可靠性和一致性，在微电子产品中得到了广泛应用。然而，金丝球焊工艺的复杂性以及众多影响因素的存在，使得成品的合格率并不理想，这直接影响了产品的质量和成本效益。

本文科准测控小编旨在深入探讨金丝球焊工艺的关键环节，从键合过程的质量评估标准、失效模式分析，到影响球焊可靠性的主要因素，以及工艺改进方法的探讨。我们将详细分析金丝球焊的每一个关键步骤，识别并解决可能影响产品质量的问题，以期达到提高金丝球焊合格率的目标，为微电子行业的技术革新和产品质量提升提供有力的支持。

1. 金丝球焊的键合过程

金丝球焊是一种经典的热压超声连接技术，最初由美国贝尔实验室的JE Clank在1968年提出。该技术通过施加压力，将超声能量转换为劈刀的机械振动，促使金丝与被连接区域之间产生分子间的相互作用力，从而实现金丝与材料的牢固连接。金丝球焊形成的焊点结构如图1所示。金丝球焊的键合流程可以概括为以下几个步骤：

1. 形成金球：金丝从劈刀的孔中伸出，打火杆靠近并产生电弧，使得金丝端头因Q=I^2Rt（其中Q代表形成金球所需的热量，I代表烧球电流，R代表金丝电阻，t代表放电时间）而熔化，形成球形。

2、第一次键合：劈刀对金球施加压力并释放超声能量，形成一个圆饼形状的焊点。

3、金丝拉伸：气动夹具打开，将金丝拉出形成拱形。

4、形成第二个焊点：在第二个接触点，劈刀再次施加压力并释放超声，形成一个鱼尾形状的焊点。

5、金丝切断：劈刀上升的同时，气动夹具关闭以切断金丝，随后金丝再次从劈刀孔中伸出，开始新一轮的循环。金丝球焊的整个流程如图2所示。

1. 金丝球焊的质量评估

判断金丝球焊质量好坏的主要标准有：拉力测试、焊球剪切力测试。

1. 常用检测设备

Alpha-W260推拉力测试仪

a、Alpha-W260推拉力测试仪是用于为微电子引线键合后引线焊接强度测试、焊点与基板表面粘接力测试及其失效分析领域的专用动态测试仪器，常见的测试有晶片推力、金球推力、金线拉力等，采用高速力值采集系统。适用于半导体IC封装测试、LED 封装测试、光电子器件封装测试、PCBA电子组装测试、汽车电子、航空航天、军工等等。亦可用于各种电子分析及研究单位失效分析领域以及各类院校教学和研究。

b、技术特点

1. 拉力测试

将钩针置于金丝弧度的最高处，非破坏性试验缓慢增加钩针拉力直至设定值，若金丝及焊点未拉脱，则符合质量要求；破坏性试验缓慢增加钩针拉力直至金丝断裂或焊点脱落，此时得到的拉力值即为键合拉力，可自动计算出最大值和最小值、平均值、CPK等重要技术指标。

2、剪切力测试

更换测试模块成推刀，将推刀设定在离焊球底部 3-5um的高处，若焊球被全部推掉无残留则表明金球与键合区域未发生分子间扩散，易产生虚焊，焊球剪切力不合格；若焊球残留20%-50%，则表明分子间扩散充分，焊球剪切力合格。

1. 失效模式

金丝球焊的主要失效模式包括： A 第一键合点(起点)脱落； B 第一键合点(起点)根部断裂； C 引线断裂； D 第二键合点(断点)根部断裂； E 第二键合点(断点)脱落，如图5所示，当失效模式为 A 或 E 时，视为不合格；另外， C为金丝键合最可靠的情形。

1. 提高金丝球焊工艺的方法

1、每日首件检验：每天生产开始前，必须进行首件检验以确认设备参数是否设置正确。这一步骤是质量控制的基石，确保了后续生产过程中设备参数的一致性和准确性。

2、加大抽检力度：在生产过程中，除了首件检验外，还需定期进行抽检，以监控生产过程的稳定性和焊点质量。抽检是随机进行的，以确保覆盖不同的生产批次和时间段，从而及时发现并解决潜在问题。

3、破坏性与非破坏性试验相结合：为了全面评估焊点的质量，需要采用破坏性测试（如拉力测试和剪切力测试）和非破坏性测试（如外观检查和X光检测）相结合的方法。破坏性测试可以提供焊点的物理强度数据，而非破坏性测试则可以在不损伤产品的情况下评估焊点的外观和结构完整性。

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