在半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域，金線引線鍵合技術(shù)因其zhuo越的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性而備受青睞。這種技術(shù)不僅關(guān)系到電子器件的性能，更是確保其長(zhǎng)期可靠性的關(guān)鍵。隨著微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)封裝載體印制線路板（PCB）的表面處理工藝要求也日益提高。從最初的噴錫、鍍金、沉金，到現(xiàn)在的化學(xué)鎳鈀金（ENEPIG）工藝，每一次技術(shù)的革新都旨在解決前一代技術(shù)中存在的問(wèn)題，如“金脆"現(xiàn)象和“黑焊盤(pán)"問(wèn)題。
本文科準(zhǔn)測(cè)控小編旨在探討化學(xué)鎳鈀金產(chǎn)品在引線鍵合過(guò)程中的常見(jiàn)失效問(wèn)題，并通過(guò)對(duì)機(jī)理的深入分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，識(shí)別影響化學(xué)鎳鈀金產(chǎn)品引線鍵合可靠性的關(guān)鍵因素。我們將從金線引線鍵合的失效模式入手，分析金線拉脫、金層拉脫以及銅鎳層間分離等問(wèn)題，并探討金層厚度、鈀層厚度、化學(xué)鎳鈀金焊盤(pán)的表面粗糙度等關(guān)鍵影響因素。
一、測(cè)試相關(guān)原理
在半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域，金線引線鍵合技術(shù)是實(shí)現(xiàn)芯片與載體印制線路板（PCB）之間電性連接的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這項(xiàng)技術(shù)不僅關(guān)系到芯片的保護(hù)、支撐和連接，更是確保產(chǎn)品可靠性的重要因素。以下是金線引線鍵合測(cè)試原理的概述：
1、金線鍵合力度測(cè)試：拉線測(cè)試是評(píng)估金線鍵合力度的常用方法。在測(cè)試中，拉鉤置于已經(jīng)鍵合在芯片和封裝材料兩端的金線下方，拉扯力度方向與芯片表面垂直。測(cè)試記錄拉扯力度和拉線失效模式，如第一鍵合點(diǎn)被拉起、金線頸部斷開(kāi)、金線中部斷開(kāi)、線腳部分?jǐn)嚅_(kāi)或第二鍵合點(diǎn)被拉起。這些失效模式對(duì)于理解鍵合的可靠性至關(guān)重要。
2、化學(xué)鎳鈀金引線鍵合：化學(xué)鎳鈀金（ENEPIG）工藝在引線鍵合中的應(yīng)用可以有效提高焊點(diǎn)的穩(wěn)定性和可靠性。通過(guò)在鎳層和金層之間引入鈀層，不僅可以防止金層和鎳層的相互擴(kuò)散，還可以提高焊點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度和電導(dǎo)性能。然而，要充分發(fā)揮化學(xué)鎳鈀金的優(yōu)勢(shì)，還需要對(duì)引線鍵合過(guò)程中的各種參數(shù)進(jìn)行精確控制。
二、化學(xué)鎳鈀金金線引線鍵合過(guò)程分析
引線鍵合過(guò)程[4]可以簡(jiǎn)化如圖所示：
（1）磁頭加熱熔出金球；
（2）金球下降至焊盤(pán)形成第一焊點(diǎn)；
（3）磁頭按軌跡牽引金線至另一焊盤(pán)，下壓并通過(guò)振動(dòng)、溫度形成焊接作用，形成第二焊點(diǎn)。
上述圖示為引線鍵合宏觀過(guò)程，但要分析鍵合可靠性，需要立足于微觀結(jié)構(gòu)分析焊點(diǎn)的形成過(guò)程，目前金線引線鍵合工藝一般采用熱超聲法，其焊點(diǎn)形成過(guò)程如圖7所示：（1）金線與焊盤(pán)接觸，形成局部連接；（2）在持續(xù)壓力與超聲震動(dòng)下，擴(kuò)大接觸面，金填充焊盤(pán)表面較大縫隙；（3）高溫作用下降低金球表面張力，填充細(xì)微縫隙的同時(shí)焊盤(pán)表面金、鈀層溶解；（4）金屬原子層間發(fā)生相互擴(kuò)散，金屬間隙消失形成焊點(diǎn)。
三、常用檢測(cè)設(shè)備
1、 Beta S100 推拉力測(cè)試機(jī)
1）設(shè)備概述
a、多功能焊接強(qiáng)度測(cè)試儀是一種專為微電子領(lǐng)域設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)測(cè)試設(shè)備，用于評(píng)估引線鍵合后的焊接強(qiáng)度、焊點(diǎn)與基板的粘接強(qiáng)度以及進(jìn)行失效分析。該儀器能夠執(zhí)行多種測(cè)試，如晶片推力測(cè)試、金球推力測(cè)試和金線拉力測(cè)試，配備有高速力值采集系統(tǒng)，以確保測(cè)試的精確性。
b、用戶可以根據(jù)具體的測(cè)試需求更換相應(yīng)的測(cè)試模塊，系統(tǒng)將自動(dòng)識(shí)別并調(diào)整到合適的量程。這種靈活性使得設(shè)備能夠適應(yīng)不同產(chǎn)品的測(cè)試需求。每個(gè)測(cè)試工位都設(shè)有獨(dú)立安全高度和速度限制，以防止因誤操作而損壞測(cè)試探頭。該系統(tǒng)以快速、精確和廣泛的適用性為特點(diǎn)。
c、該測(cè)試儀廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路封裝測(cè)試、LED封裝測(cè)試、光電器件封裝測(cè)試、PCBA電子組裝測(cè)試，以及汽車電子、航空航天和軍事等領(lǐng)域。同時(shí)，它也適用于電子分析和研究單位進(jìn)行失效分析，以及教育機(jī)構(gòu)的教學(xué)和研究活動(dòng)。
2）設(shè)備特點(diǎn)
四、化學(xué)鎳鈀金金線引線鍵合失效模式分析
步驟一、測(cè)試準(zhǔn)備
準(zhǔn)備推拉力測(cè)試機(jī)，確保設(shè)備校準(zhǔn)準(zhǔn)確，無(wú)gu障。
準(zhǔn)備測(cè)試記錄表，用于記錄測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果。
步驟二、設(shè)備設(shè)置
根據(jù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)或工藝要求，設(shè)置推拉力測(cè)試機(jī)的參數(shù)，包括測(cè)試速度、最大拉力等。
調(diào)整測(cè)試機(jī)的夾具，確保金線能夠被正確夾持，且測(cè)試方向與金線鍵合方向一致。
步驟三、樣品固定
將待測(cè)試的樣品固定在測(cè)試機(jī)的工作臺(tái)上，確保平整且穩(wěn)定。
調(diào)整夾具（鉤針)，使金線位于測(cè)試路徑的中心位置。
步驟四、測(cè)試執(zhí)行
啟動(dòng)測(cè)試機(jī)，開(kāi)始施加拉力。觀察金線在逐漸增加的拉力下的反應(yīng)。
記錄金線在不同拉力下的形變情況，直至金線斷裂或從焊盤(pán)上脫落。
步驟五、數(shù)據(jù)記錄
在測(cè)試過(guò)程中，記錄金線斷裂時(shí)的最大拉力值。
記錄失效模式，即金線斷裂的位置（如金線頸部、焊點(diǎn)處等）。
步驟六、結(jié)果評(píng)估
根據(jù)記錄的最大拉力值，判斷鍵合質(zhì)量是否合格。如果測(cè)試?yán)Υ笥?/span>3g，且失效模式正常（即金線從焊點(diǎn)處斷裂，而非金線本身斷裂），則認(rèn)為鍵合效果合格。
如果拉力值低于3g或失效模式異常，需要對(duì)鍵合工藝進(jìn)行審查和調(diào)整。
步驟七、異常處理
對(duì)于測(cè)試不合格的樣品，進(jìn)行原因分析，可能包括鍵合壓力不當(dāng)、金線質(zhì)量問(wèn)題、焊盤(pán)表面處理不當(dāng)?shù)取?/span>
根據(jù)分析結(jié)果，調(diào)整工藝參數(shù)或改進(jìn)材料，重新進(jìn)行鍵合和測(cè)試。
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