金丝键合技术作为半导体封装领域的关键技术，通过细金属线实现芯片与封装基板间的电气互连，确保信号传输的高效与稳定。其在微电子制造中展现出zhuo越的导电性、导热性、抗氧化性及耐腐蚀性，成为满足高温、高集成和高可靠性封装需求的shou选方案。本文科准测控小编将深入探讨金丝键合技术的应用、检测原理、设备及测试流程，为提升键合质量与可靠性提供全面指导。
一、金丝键合技术应用
1、半导体封装
在半导体封装过程中，金丝键合技术通过细金属线（主要是金丝）将芯片上的焊点与封装基板或另一芯片上的对应焊点连接起来，实现电气信号的传输。这种连接方式不仅确保了信号的高效传输，还为芯片提供了良好的机械支撑，增强了封装结构的稳定性。
2、微电子制造
金丝键合在微电子制造领域具有诸多优势。其优异的导电性和导热性确保了芯片在高速运行时的性能稳定；抗氧化性和耐腐蚀性则延长了器件的使用寿命。此外，金丝键合的高强度特性使其能够承受封装过程中的各种应力，保证键合点的可靠性。
3、高温、高集成封装
随着电子设备向小型化、高性能化发展，金丝键合技术成为满足高温、高集成以及高可靠性封装需求的zui尤引线键合方案。其能够在高温环境下保持良好的键合性能，同时适应高密度封装的要求，为先进封装技术提供了有力支持。
二、检测原理
1、拉力测试
拉力测试是评估金丝键合质量的重要方法之一。通过钩针垂直钩住键合丝弧顶，以0.1mm/s的速率施加拉力直至断裂，记录最大拉力值，并计算单位长度强度。这一测试能够直观反映键合点的强度，确保其满足设计要求。判定标准为金丝≥5g/mil，铜丝≥8g/mil。
2、剪切测试
剪切测试用于评估键合点的剪切强度。将剪切工具水平推压键合点，记录剪切力并计算剪切强度。该测试能够检测键合点在横向受力时的稳定性，确保其在实际使用中的可靠性。判定标准为金丝≥8g/mil，铜丝≥12g/mil。
3、硬度测试
硬度测试用于评估镀金层的硬度，进而判断其耐久性和稳定性。使用显微维氏硬度测试机对镀金层进行测试，记录硬度值。硬度较高的镀金层通常具有更好的耐磨性和抗腐蚀性，能够延长封装器件的使用寿命。
三、检测设备
1、Beta S100推拉力测试仪
Beta S100推拉力测试仪是评估键合点强度和质量的关键设备。它能够精确施加拉力和剪切力，并记录相应的力值，为拉力测试和剪切测试提供可靠的数据支持。其高精度的测量系统确保了测试结果的准确性，是确保键合质量的重要工具。
A、产品特点
a、高精度：采用 24Bit 超高分辨率数据采集系统，能够精确测量微小的力值变化。
b、自动化程度高：X、Y 轴自动工作台可实现快速定位，提高测试效率。
c、安全性强：每个工位均设有独立安全高度位和限速，有效防止误操作损坏测试针头。
d、多量程切换：可自动识别并更换不同量程的测试模组，适应不同产品的测试需求。
B、推刀
C、常用工装夹具
2、显微维氏硬度测试机
显微维氏硬度测试机用于测试镀金层的硬度。通过在显微镜下对镀金层施加特定载荷，测量压痕的对角线长度，从而计算出硬度值。该设备能够提供精确的硬度数据，帮助评估镀金层的质量和性能。
四、测试流程
（一）拉力测试流程
准备工作：将键合好的样品固定在测试平台上，确保样品的稳定性和测试的准确性。
钩针定位：使用钩针垂直钩住键合丝弧顶，确保钩针与键合丝的良好接触。
施加拉力：以0.1mm/s的速率缓慢施加拉力，直至键合丝断裂。
记录数据：记录断裂时的最大拉力值，并计算单位长度强度。
结果判定：根据判定标准，评估键合点的拉力是否合格。
（二）剪切测试流程
样品固定：将键合好的样品固定在剪切测试平台上，确保样品的稳定性和测试的准确性。
剪切工具定位：将剪切工具水平放置在键合点上，确保剪切工具与键合点的良好接触。
施加剪切力：缓慢施加剪切力，直至键合点剪切破坏。
记录数据：记录剪切破坏时的剪切力，并计算剪切强度。
结果判定：根据判定标准，评估键合点的剪切强度是否合格。
（三）硬度测试流程
样品准备：将镀金层样品放置在显微维氏硬度测试机的测试平台上，确保样品表面清洁、平整。
测试参数设置：根据测试要求设置载荷大小和加载时间等参数。
施加载荷：启动显微维氏硬度测试机，对镀金层施加设定的载荷。
测量压痕：在显微镜下观察压痕，并测量压痕的对角线长度。
计算硬度值：根据压痕的对角线长度和载荷大小，计算镀金层的硬度值。
结果评估：根据硬度值评估镀金层的耐久性和稳定性。
（四）光学显微镜观测流程
样品放置：将键合好的样品放置在光学显微镜的载物台上，确保样品的稳定性和观察的清晰度。
调整焦距：通过调整显微镜的焦距，使键合点的图像清晰可见。
观察形态：观察键合点的形态，包括焊球的形状、大小和表面状况等。
测量尺寸：使用显微镜的测量功能，测量键合点的尺寸，如焊球直径和键合高度。
缺陷检测：检查键合点是否存在裂纹、空洞等表面缺陷，确保键合点的完整性。
结果记录：记录观察和测量结果，为键合质量评估提供依据。
六、实验结果与分析
（一）镀金层硬度测试结果
实验测得无氰样品电镀后的镀金层硬度为130~160 HV，含氰样品电镀后的镀金层硬度为90~120 HV。无氰样品的平均硬度相较于含氰样品高出约40 HV。这表明无氰电镀金液制备的镀金层具有更高的硬度，但较高的硬度可能导致金丝在键合过程中不易实现牢固连接。
（二）拉力测试下样品失效模式统计
拉力测试结果显示，所有发生断裂的样品断裂点均位于第一焊点处，表明第一焊点处是键合强度最弱的部位。无氰样品在A点发生失效的比例较含氰样品高出15%，这可能与无氰样品的金镀层硬度较高有关。较高的硬度使得金丝在键合过程中难以与底材的电镀金实现共熔，导致键合强度下降。
（三）键合参数对焊点形状的影响
镀层焊球直径：在相同参数条件下，无氰样品的焊球直径通常大于含氰样品。这是由于无氰样品的硬度较高，金丝在键合过程中难以与底材电镀金共熔，导致金球向外铺展。
镀层键合高度：无氰样品的键合高度也大于含氰样品。较高的硬度使得超声能量主要用于金丝焊球的形变，导致焊球直径和高度相对较大。较小的焊球直径和键合高度有助于提升键合性能。
（四）键合参数对键合拉力的影响
通过正交实验和方差分析，发现超声时间对键合拉力的影响较大，而超声功率和键合压力的影响相对较小。实验得出的最佳因素水平为：超声功率140 mW，超声时间250 ms，键合压力25 gf。进一步延长超声时间（如300 ms和350 ms）能够有效降低无氰样品在A点发生失效的概率，提升键合性能。这可能是因为增加超声时间有利于清除被焊芯片表面的吸附层和氧化膜，使原子间的冶金结合更加彻di，从而形成更好的金属间化合物连接。
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