隨著科技的不斷進步，混合電路和功率半導體器件在軍事和商業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，對這些器件鍵合系統(tǒng)的可靠性要求也隨之提高。特別是在半導體分離器件和混合集成電路中，引線鍵合失效成為了常見的失效模式之一。因此，深入分析影響鍵合鋁線鍵合強度的因素，并針對實際生產(chǎn)中遇到的問題進行失效分析，變得尤為迫切和重要。
在半導體功率器件和電子元器件產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，鋁線鍵合作為連接芯片與引線框架的關(guān)鍵工藝，其鍵合強度直接關(guān)系到器件的性能和可靠性。鍵合強度不足可能導致器件在工作過程中出現(xiàn)故障，影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。因此，對鋁線鍵合強度進行精確的測試和分析，不僅是提高產(chǎn)品質(zhì)量的必要步驟，也是確保器件長期穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。
本文科準測控小編將探討鋁線鍵合強度測試的重要性，分析影響鍵合強度的多種因素，包括材料特性、鍵合工藝參數(shù)、環(huán)境條件等，并結(jié)合實際生產(chǎn)中的案例，對失效模式進行詳細分析。通過這些分析，旨在為半導體功率器件和電子元器件的鍵合工藝提供優(yōu)化建議，以提高鍵合質(zhì)量，增強器件的可靠性和耐久性。
一、檢測原理
鋁線鍵合強度測試的原理是通過模擬實際工作條件下的應(yīng)力，對鋁線與芯片或引線框架之間的連接強度進行評估。這一過程通常涉及對鍵合點施加特定的拉力或剪切力，以測量其在不同條件下的抗拉強度和穩(wěn)定性，從而確保器件在長期運行中不會因為鍵合失效而導致性能下降或故障。
二、影響粗鋁線鍵合失效的因素及失效分析
超聲波鍵合技術(shù)基于壓電陶瓷將超聲發(fā)生器產(chǎn)生的高頻正弦電信號轉(zhuǎn)換為機械振動。這些振動經(jīng)過傳輸和放大后，集中在鍵合區(qū)域，產(chǎn)生機械能和鍵合力。在這一過程中，劈刀中的鋁線與鍵合面發(fā)生摩擦，清除表面污染物并破壞氧化膜，暴露出純凈的金屬表面。在溫度上升和高頻振動的共同作用下，金屬表面的原子被激活，當金屬原子間的距離縮小至納米級別時，它們可以通過共享電子形成原子間的電子橋。
在鍵合界面材料的行為分析中，存在兩個主要階段：
1、初始階段，超聲能量使鋁線發(fā)生軟化和塑性變形。
2、隨后，超聲波能量通過鋁線傳遞至鍵合界面，表現(xiàn)為一種垂直于脈沖方向的周期性切入運動，從而實現(xiàn)鍵合。
三、常用檢測標準
IPC標準：IPC-9701和IPC-A-610，涉及引線鍵合和電子組件外觀檢驗。
ISO標準：ISO 9001和ISO 11401，涵蓋質(zhì)量管理和環(huán)境測試。
MIL標準：MIL-STD-883和MIL-B-81705，jun用電子組件引線鍵合要求。
SAE標準：SAE AS5553，航空航天和汽車電子組件引線鍵合。
JEDEC標準：半導體器件引線鍵合標準。
GB標準：GB/T 20616，電子組件引線鍵合測試方法。
ESTEC標準：ESCC 3201，微電子器件引線鍵合要求。
四、常用檢測設(shè)備
Beta S100 推拉力測試機
1）設(shè)備概述
a、多功能焊接強度測試儀是一種專為微電子領(lǐng)域設(shè)計的動態(tài)測試設(shè)備，用于評估引線鍵合后的焊接強度、焊點與基板的粘接強度以及進行失效分析。該儀器能夠執(zhí)行多種測試，如晶片推力測試、金球推力測試和金線拉力測試，配備有高速力值采集系統(tǒng)，以確保測試的精確性。
b、用戶可以根據(jù)具體的測試需求更換相應(yīng)的測試模塊，系統(tǒng)將自動識別并調(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)品的測試需求。每個測試工位都設(shè)有獨立安全高度和速度限制，以防止因誤操作而損壞測試探頭。該系統(tǒng)以快速、精確和廣泛的適用性為特點。
c、該測試儀廣泛應(yīng)用于半導體集成電路封裝測試、LED封裝測試、光電器件封裝測試、PCBA電子組裝測試，以及汽車電子、航空航天和軍事等領(lǐng)域。同時，它也適用于電子分析和研究單位進行失效分析，以及教育機構(gòu)的教學和研究活動。
2）設(shè)備特點
3）實測案例展示
五、檢測流程
步驟一、模塊簡介與準備
檢查測試機和模塊，確保所有設(shè)備均已校準并處于良好的工作狀態(tài)。
步驟二、模塊安裝
將測試模塊插入機器的安裝位置，并接通電氣供應(yīng)。
系統(tǒng)顯示模塊的初始化界面并進行初始化。
初始化結(jié)束后，界面消失，系統(tǒng)進入工作狀態(tài)。
步驟三、測試鉤針安裝
安裝專用的測試鉤針。
選擇適合用戶測試用的鉤針型號。
將鉤針推入安裝孔，對正位置，并用固定螺絲鎖緊。
步驟四、夾具固定
將相關(guān)夾具沿卡口卡入試驗臺，并順時針鎖緊固定螺絲。
步驟五、設(shè)定測試參數(shù)
在軟件的測試方法界面中設(shè)置測試參數(shù)。
輸入新的測試方法名稱，選擇相應(yīng)的傳感器。
設(shè)置測試速度、合格力值、剪切高度和著落速度。
所有參數(shù)設(shè)定好后，點擊保存以生效。
步驟五、測試過程
在顯微鏡下觀察測試動作，確保試樣固定好。
將測試鉤針擺放于被測試樣品的后上方，啟動測試。
觀察測試動作，如有任何不合適的情況，可終止測試。
測試完成后，結(jié)果將顯示在軟件的測試結(jié)果界面中。
步驟六、測試結(jié)果觀察
觀察產(chǎn)品破壞情況，進行失效分析。
在拉力破壞性測試中，確保測試點位于焊線的中點位置，并注意拉勾直徑應(yīng)設(shè)置為線徑的3倍以上，以避免引線割斷。
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