在半導(dǎo)體封裝過程中，引線鍵合是芯片和外部管腳連通的主要方式，鍵合工序直接決定器件的成品率與長期可靠性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，半導(dǎo)體器件的本質(zhì)失效中約有1/3至1/4由引線鍵合問題引起。鍵合失效最常見的表現(xiàn)就是開路（含阻抗增大）和短路，原因基本上出在工藝和封裝環(huán)境。本文，科準(zhǔn)測(cè)控基于《半導(dǎo)體器件鍵合失效模式及機(jī)理分析》一文，圍繞鍵合失效的主要模式與機(jī)理，重點(diǎn)分析推拉力測(cè)試在鍵合強(qiáng)度評(píng)價(jià)、失效預(yù)警及DPA（破壞性物理分析）中的應(yīng)用價(jià)值。
一、鍵合失效主要模式與機(jī)理
1. 鍵合壓力不當(dāng)
壓力過大：鍵合時(shí)壓力過高，鍵合點(diǎn)金絲變形嚴(yán)重，邊緣變薄甚至出現(xiàn)開裂（壓裂）。這類鍵合點(diǎn)雖在出廠時(shí)可能通過電性測(cè)試，但在后續(xù)振動(dòng)、溫度變化等應(yīng)力作用下極易開路失效。
因鍵合壓力過大導(dǎo)致失效的二極管器件（低倍全景圖&高倍放大 SEM 細(xì)節(jié)圖）
壓力過小：壓力不足時(shí)，鍵合絲與焊盤之間“融合"面積過小，結(jié)合界面未能形成足夠的金屬間擴(kuò)散層。在機(jī)械沖擊或熱應(yīng)力作用下，鍵合點(diǎn)很容易與焊盤分離。下圖中失效鍵合點(diǎn)變形明顯小于正常點(diǎn)，且呈現(xiàn)“零克力"失效——即鍵合界面幾乎沒有結(jié)合強(qiáng)度。
2. 鍵合絲塌絲
鍵合絲長短控制不當(dāng)、走向不合理，或后續(xù)工序中人為失誤，可使鍵合絲觸及器件內(nèi)部裸露導(dǎo)體（如電容端頭、芯片邊緣），造成短路。這類失效往往呈間歇性，振動(dòng)或溫度變化可激勵(lì)故障復(fù)現(xiàn)，給檢測(cè)帶來較大難度。
3. 封裝環(huán)境
腔體氣氛不良：密封器件內(nèi)水汽含量超標(biāo)且含腐蝕性元素（如Cl、P），導(dǎo)致鍵合區(qū)腐蝕，最終過流燒毀熔斷。
玻璃熔封料擠壓：封蓋時(shí)熔封料滲入鍵合根部，對(duì)鍵合絲形成“翹起"作用，在頸縮部位造成應(yīng)力集中，溫度沖擊下引發(fā)開路。
塑封分層：塑封料與芯片熱膨脹系數(shù)差異較大，一旦存在分層，溫度變化產(chǎn)生熱機(jī)械剪切應(yīng)力，芯片邊緣鍵合點(diǎn)易脫鍵失效。
器件整體俯視 X-Ray 成像
單側(cè)引腳鍵合區(qū)域放大 X-Ray 特寫
二、鍵合強(qiáng)度評(píng)價(jià)手段
1. 鍵合拉力測(cè)試（Wire Pull Test）
鍵合拉力測(cè)試通過鉤針在鍵合絲跨距中央施加向上的拉力，直至鍵合點(diǎn)脫離或鍵合絲斷裂，記錄最大拉力值。在實(shí)際應(yīng)用中，鍵合拉力測(cè)試可分為：
破壞性拉力測(cè)試：拉斷鍵合絲或脫離鍵合點(diǎn)，獲得極限強(qiáng)度值，用于工藝評(píng)價(jià)和失效分析；
非破壞性拉力測(cè)試：施加規(guī)定載荷而不破壞鍵合，用于篩選檢測(cè)，剔除強(qiáng)度不足的鍵合點(diǎn)。
2. 鍵合剪切測(cè)試（Ball Shear Test）
剪切工具在鍵合球側(cè)面施加水平力，將鍵合球從焊盤上推離，獲得剪切強(qiáng)度值。該方法尤其適用于評(píng)價(jià)球鍵合點(diǎn)與焊盤之間的結(jié)合質(zhì)量，對(duì)鍵合壓力過小、焊盤污染等引起的弱結(jié)合非常敏感。
3. 在DPA中的標(biāo)準(zhǔn)地位
DPA（破壞性物理分析）中鍵合拉力試驗(yàn)是檢測(cè)鍵合強(qiáng)度是否達(dá)標(biāo)的常規(guī)項(xiàng)目，能夠檢出鍵合力偏小乃至“零克力"的鍵合缺陷。恒定加速度篩選試驗(yàn)也一定程度依賴鍵合強(qiáng)度來抵御機(jī)械應(yīng)力，若鍵合強(qiáng)度不足，則在高加速度條件下易發(fā)生脫鍵，從而被剔除。
三、推拉力測(cè)試價(jià)值
在鍵合失效檢測(cè)中，電性測(cè)試（如V-I特性測(cè)試）和X射線檢查雖然重要，但各自存在局限：
推拉力測(cè)試的價(jià)值在于它提供了可量化、可比較、可追溯的力學(xué)數(shù)據(jù)。鍵合點(diǎn)是否“壓牢"、結(jié)合面積是否足夠、是否存在顯微裂紋...這些問題最終都可歸結(jié)為強(qiáng)度值是否達(dá)標(biāo)。
半導(dǎo)體器件的鍵合失效，無論源于鍵合工藝不良還是封裝因素，其本質(zhì)問題都可歸結(jié)為鍵合界面強(qiáng)度不足。推拉力測(cè)試作為直接量化鍵合結(jié)合力（包括鍵合絲拉力與焊球剪切力）的測(cè)試手段，在工藝開發(fā)、在線監(jiān)控、可靠性驗(yàn)證及失效分析中均發(fā)揮不可替代的作用，是對(duì)電性測(cè)試和X射線檢查等無損檢測(cè)方法的重要補(bǔ)充。
科準(zhǔn)測(cè)控Alpha-W260推拉力測(cè)試機(jī)，適用于半導(dǎo)體器件鍵合拉力測(cè)試、焊球剪切測(cè)試等多種應(yīng)用場(chǎng)景，可協(xié)助質(zhì)量與可靠性工程師對(duì)鍵合工藝進(jìn)行精準(zhǔn)力學(xué)評(píng)價(jià)。如果您想了解關(guān)于推拉力測(cè)試機(jī)的更多信息：比如推拉力測(cè)試機(jī)怎么選型、芯片推拉力測(cè)試機(jī)價(jià)格、微組裝推拉力測(cè)試機(jī)廠家、推拉力測(cè)試機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范、推拉力測(cè)試機(jī)品牌對(duì)比等，請(qǐng)聯(lián)系科準(zhǔn)測(cè)控。
