铝镍引线键合失效分析方法：从工艺控制到检测标准

在微电子封装芯片互连工艺技术中，键合技术的演进始终围绕可靠性与成本两大核心。20世纪70年代，金（Au）价格的大幅飙升使得镍（Ni）涂层开始崛起，同时，粗直径铝（Al）线逐渐成为功率器件键合的主流选择。本文科准测控小编将站在力学检测视角，为您解析与Al-Ni键合可靠性相关的工艺控制与检测标准。

一、Al-Ni键合的技术优势与可靠性验证

根据非公开发表的研究资料及在高温电子学领域的长期积累，粗直径（≥75μm）Al金属引线在Ni镀层或内层上可实现良好的键合，前提是Ni表面不存在氧化物。这一技术已在功率器件大批量生产中应用超过25年，且未报告重大可靠性问题，这一优异表现离不开系统的力学性能测试。

1.1 键合强度测试：300℃下的稳定性验证

研究人员通过有限热应力试验（300℃，100小时）对Al-Ni键合界面进行了机械强度评估。测试结果显示，经历高温老化后，键合点的拉脱力、剪切力等关键指标保持稳定，证明机械强度无退化。而键合界面电阻仅增加约1%，证明金属间化合物生长并未破坏导电通路，这一试验为Al-Ni键合在耐高温产品（如飞机涡轮叶片）中的应用提供了坚实的力学依据。

1.2 金属间化合物生长动力学分析

Al-Ni相图虽复杂，包含多种金属间相，但该键合系统具有难熔特性。从熔点数据推算，金属间化合物相生长的活化能高于1eV，这意味着：在功率器件常规工作温度范围内，金属间化合物生长缓慢，不易形成Kirkendall空洞。

AM Al-Ni合金中常见析出相（图源网络）

1.3 电化学腐蚀倾向对比

电化学数据显示，Ni⁺和Al⁺反应具有负势能，表明Al-Ni键合发生电化学腐蚀的可能性远低于Al-Au键合。这为器件在复杂环境下的长期稳定运行提供了保障。

二、Al-Ni键合的主要挑战：可键合性问题

与可靠性相比，Al-Ni键合在实际生产中面临的最大挑战是可键合性，而这正是力学检测在工艺控制中的核心应用场景。

2.1 镍表层氧化影响

镍表层会缓慢氧化，形成阻碍键合的氧化层，这会导致键合点一致性差，生产效率下降。虽然通过增加超声能量可改善轻微氧化镍表层的可键合性，但从力学检测视角看，过高的超声能量可能导致芯片损伤或根部疲劳，长期可靠性难以保证。

2.2 工艺控制要点

针对可键合性问题，业界总结出以下工艺控制要点，每一项都需要力学检测配合验证。

作为专业的力学检测与拉力试验机研发生产厂家，我们从以下维度为Al-Ni键合工艺提供全面的测试解决方案：

三、解决方案

从Au到Ni的转变，是功率器件封装技术演进的一个缩影。Al-Ni键合历经近半个世纪的量产证明了其在成本与可靠性之间的卓越平衡。而这种可靠性的确认，离不开力学检测技术的持续支撑——从初始工艺参数优化，到长期可靠性评估，再到失效机理分析，每一环节都需要精准的力学数据作为决策依据。

深耕力学检测领域多年，科准坚信可靠的键合源于精准的检测。通过键合强度测试和工艺参数优化，为Al-Ni键合系统提供长期可靠性评估。如需了解更多键合强度测试解决方案，或索取相关技术资料，欢迎随时联系我们。我公司技术团队可为您提供免费的工艺参数优化咨询。