推拉力测试机操作指南：铜线键合剪切力与拉力测试的标准化流程

随着铜线键合工艺在汽车电子领域的快速普及，其高性价比、优异的导电/导热性及力学强度成为替代金线的关键优势。然而，铜线的氧化敏感性、工艺窗口窄及耐腐蚀性差等问题，对车规级可靠性提出了严峻挑战。

本文科准测控小编将围绕AEC-Q006标准，结合力学性能测试核心，解析铜线键合在车规验证中的关键技术要点，并介绍Alpha W260推拉力测试机在可靠性评估中的关键作用。

一、铜线键合的力学性能优势与挑战

1. 力学性能优势

铜线键合相较于传统金线具有显著力学优势：

剪切力与拉力：铜线键合球的剪切力比金线高15%~25%，拉力值高10%~20%，抗塑封注塑冲弯能力更强。

导电/导热性：铜的电阻率（1.68×10⁻⁸ Ω·m）和热导率（401 W/m·K）均优于金（电阻率2.44×10⁻⁸ Ω·m，热导率318 W/m·K）。

成本优势：铜线成本仅为金线的1/10。

2. 可靠性挑战

铜线的应用失效模式主要集中在力学性能退化：

键合界面分离：因铜硬度高，超声键合工艺参数（能量、压力）窗口窄，易导致键合不牢或芯片损伤。

IMC（金属间化合物）过度生长：高温下铜与铝焊盘间的IMC生长速率快，降低键合点机械强度。

腐蚀失效：铜在潮湿环境中易氧化，塑封料中的氯离子会加速腐蚀，导致键合点断裂。

1. 测试相关标准

参考AEC-Q006的核心要求

1. 检测设备和工具
2. Alpha W260推拉力测试机

1. 设备介绍

Alpha-W260自动推拉力测试机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。根据测试需要更换相对应的测试模组,系统自动识别模组，并自由切换量程。

1. 推刀或钩针

1. 常用工装夹具

1. 测试流程

步骤一、测试前准备

1、设备校准

确保Alpha W260已完成力传感器校准（如0.1g~50kg量程）。

检查测试探针（剪切刀片/拉力钩）的磨损情况，必要时更换。

2、样品固定

将待测芯片（已键合铜线）固定在测试台，确保键合点与探针运动方向对齐。

使用真空吸附或机械夹具防止样品位移。

3、参数设置

剪切测试参数：

剪切高度（Stand-off height）：键合球高度的1/4~1/3（通常5~10μm）。

剪切速度（Shear speed）：50~500μm/s（推荐100μm/s）。

剪切方向（Shear direction）：平行于键合界面（通常X/Y轴）。

4、拉力测试参数

钩子位置（Hook position）：距离键合点颈部（Neck）10~20μm。

拉力角度（Pull angle）：90°（垂直向上）或60°（模拟封装应力）。

拉力速度（Pull speed）：100~500μm/s（推荐200μm/s）。

步骤二、剪切力测试（Ball Shear Test）

1、测试步骤

定位键合球：

使用显微镜或CCD摄像头精确定位键合球，确保剪切刀片接触球体边缘（非焊盘）。

执行剪切：

刀片以设定速度水平推进，直至键合球被剪切脱离焊盘（图1）。

设备记录最大剪切力（单位：gf或N）。

数据记录：

保存力-位移曲线，分析失效模式（如界面剥离、球体碎裂）。

2、合格判定

铜线键合典型要求：

最小剪切力：≥50gf（25μm线径）至≥150gf（50μm线径）。

失效模式：键合球应留在焊盘上（若焊盘剥离则判定为工艺缺陷）。

步骤三、拉力测试（Wire Pull Test）

1、测试步骤

钩子定位：

将拉力钩置于键合线颈部（第一键合点）或尾端（第二键合点）。

施加拉力：

钩子以设定速度垂直上拉，直至键合线断裂或脱离（图2）。

设备记录最大拉力值（单位：gf或N）。

失效分析：

颈部断裂（Neck break）：正常失效，说明键合强度足够。

界面剥离（Lift-off）：键合工艺不良（超声能量不足或污染）。

合格判定：

铜线键合典型要求：

最小拉力：≥5gf（25μm线径）至≥15gf（50μm线径）。

失效位置：80%以上应为颈部断裂，若界面剥离率＞20%需优化工艺。

步骤四、测试后数据分析

1、数据统计

计算同一批次样品的剪切力/拉力平均值、标准差和CPK（制程能力指数）。

对比AEC-Q006要求，确认是否通过车规验证。

典型失效模式及对策

步骤五、测试报告输出

包含以下内容：

测试样品信息（批次号、线径、键合工艺参数）。

剪切力/拉力分布图及CPK分析。

失效模式统计与显微照片（如SEM/光学显微镜）。

结论（是否符合AEC-Q006或客户标准）。

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