提高键合可靠性：基于推拉力测试机的铝丝焊点力学性能评估

在微电子封装领域，铝丝键合技术因其成本效益和良好的导电性能而被广泛应用。然而，焊点颈部区域的损伤问题一直是影响键合可靠性的关键因素。随着电子设备向小型化、高密度方向发展，对键合强度的要求日益提高，焊点颈部区域的完整性评估变得尤为重要。

科准测控团队针对这一问题，采用Beta S100推拉力测试仪对铝丝键合焊点进行了系统的力学性能测试。本研究旨在通过精确的推拉力测量，分析焊点颈部区域的损伤机制，为优化键合工艺参数、提高封装可靠性提供数据支持。本文将详细介绍测试原理、标准方法、仪器特性以及完整的测试流程，为相关领域的研究人员和工程师提供参考。

一、测试原理

铝丝键合焊点颈部伤的测试基于力学破坏原理，通过施加精确控制的推力或拉力载荷，评估焊点的机械强度和失效模式：

力学响应分析：在准静态加载条件下，测量焊点在不同方向受力时的应力-应变响应

失效机理研究：通过控制加载速率和方向，模拟实际工况中的机械应力，观察颈部区域的裂纹萌生和扩展行为

强度评估：测定焊点的最大承载能力，分析颈部区域作为最薄弱环节的强度特性

界面特性评价：通过破坏性测试，评估铝丝与焊盘之间的界面结合质量

测试过程中，高精度传感器实时监测载荷和位移变化，结合显微观察，可准确判定失效起始位置和破坏模式。

二、测试标准

本研究遵循以下国际通用标准：

JESD22-B116：电子器件键合强度测试标准

MIL-STD-883 Method 2011.7：微电子器件键合强度测试方法

ASTM F459：微电子引线键合强度测量标准

GB/T 4937：半导体器件机械和气候试验方法

具体测试参数设置：

测试速度：0.5 mm/s（根据标准可调）

测试高度：距芯片表面100 μm

加载角度：垂直于键合平面

环境条件：温度23±2°C，湿度45±5% RH

1. 测试设备和工具
2. Beta S100推拉力测试机

Beta S100是专为微电子封装设计的精密力学测试设备，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。产品软件操作简单方便，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。

2、产品特点

四、测试流程

步骤一、测试前准备

1、设备检查与校准

检查 Beta S100推拉力测试仪 的电源、气源（如适用）及数据连接是否正常。

进行力传感器校准（使用标准砝码或校准工具）。

检查位移测量系统（光学位移传感器或编码器）是否准确。

确保显微镜或CCD视觉系统 对焦清晰，便于观察焊点位置。

2、测试模组选择

根据测试需求（如晶片推力、金球推力、金线拉力）选择合适的 测试模组（如微力探针、钩针夹具等）。

系统自动识别模组并调整量程（如 0-10N 或 0-100N）。

3、样品安装

将待测芯片或封装器件固定在 测试平台上，确保无松动。

使用真空吸附或机械夹具 固定样品，避免测试过程中位移。

调整显微镜/CCD，使键合焊点清晰可见，并记录初始状态（拍照存档）。

步骤二、测试参数设置

1、基本测试模式选择

2.2 2、关键参数配置

测试速度：默认 0.5 mm/s（可根据JESD22-B116调整）。

触发力：设定 0.01N（避免误触发）。

测试高度：探针距芯片表面 100 μm（确保精准接触）。

加载角度：通常设定为 垂直键合面（90°）。

终止条件：

最大载荷 （如10N）

位移限制 （如300 μm）

焊点失效（力值骤降≥50%）。

3、环境条件

实验室温湿度控制：

温度：23±2°C

湿度：45±5% RH

避免振动、气流干扰（必要时使用 防震台）。

步骤三、测试执行

1、自动对位与接触检测

启动自动对位程序，使探针/钩针精确对准焊点。

探针以低速（0.1 mm/s） 接近焊点，直到触发 接触检测（0.01N）。

系统记录初始零点，并开始正式测试。

2、加载与数据采集

推力测试：探针水平推动焊点，直至失效（记录 最大剪切力）。

拉力测试：钩针垂直拉拔键合线，直至断裂（记录 最大拉力）。

3、数据采集

采样率：500~1000 Hz（确保捕捉瞬态变化）。

实时曲线：显示 载荷-位移（F-D）曲线。

4、失效判定

焊点颈部断裂（典型失效模式）。

界面剥离（键合线与焊盘分离）。

键合线中间断裂（非颈部问题，需单独分析）。

步骤五、 数据分析与报告

1、数据导出

导出 CSV/Excel 格式的 载荷-位移数据。

保存失效照片（显微镜或高速摄像机拍摄）。

2、关键指标计算

2、 生成测试报告

测试条件（温度、速度、模组型号）。

统计结果（平均强度、标准差）。

失效模式分析（颈部断裂占比）。

工艺改进建议（如键合参数优化）。

3、测试后处理

设备复位：探针退回安全位置，关闭测试软件。

样品存档：标记已测样品，避免重复测试。

清洁维护：清理探针/夹具，避免残留影响下次测试。

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