随着铜线键合工艺在汽车电子领域的快速普及，其高性价比、优异的导电/导热性及力学强度成为替代金线的关键优势。然而，铜线的氧化敏感性、工艺窗口窄及耐腐蚀性差等问题，对车规级可靠性提出了严峻挑战。
本文科准测控小编将围绕AEC-Q006标准，结合力学性能测试核心，解析铜线键合在车规验证中的关键技术要点，并介绍Alpha W260推拉力测试机在可靠性评估中的关键作用。
一、铜线键合的力学性能优势与挑战
1. 力学性能优势
铜线键合相较于传统金线具有显著力学优势：
剪切力与拉力：铜线键合球的剪切力比金线高15%~25%，拉力值高10%~20%，抗塑封注塑冲弯能力更强。
导电/导热性：铜的电阻率（1.68×10⁻⁸ Ω·m）和热导率（401 W/m·K）均优于金（电阻率2.44×10⁻⁸ Ω·m，热导率318 W/m·K）。
成本优势：铜线成本仅为金线的1/10。
2. 可靠性挑战
铜线的应用失效模式主要集中在力学性能退化：
键合界面分离：因铜硬度高，超声键合工艺参数（能量、压力）窗口窄，易导致键合不牢或芯片损伤。
IMC（金属间化合物）过度生长：高温下铜与铝焊盘间的IMC生长速率快，降低键合点机械强度。
腐蚀失效：铜在潮湿环境中易氧化，塑封料中的氯离子会加速腐蚀，导致键合点断裂。
二、测试相关标准
参考AEC-Q006的核心要求
三、检测设备和工具
1、Alpha W260推拉力测试机
A、设备介绍
Alpha-W260自动推拉力测试机用于为微电子引线键合后引线焊接强度测试、焊点与基板表面粘接力测试及其失效分析领域的专用动态测试仪器，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。
B、推刀或钩针
C、常用工装夹具
四、测试流程
步骤一、测试前准备
1、设备校准
确保Alpha W260已完成力传感器校准（如0.1g~50kg量程）。
检查测试探针（剪切刀片/拉力钩）的磨损情况，必要时更换。
2、样品固定
将待测芯片（已键合铜线）固定在测试台，确保键合点与探针运动方向对齐。
使用真空吸附或机械夹具防止样品位移。
3、参数设置
剪切测试参数：
剪切高度（Stand-off height）：键合球高度的1/4~1/3（通常5~10μm）。
剪切速度（Shear speed）：50~500μm/s（推荐100μm/s）。
剪切方向（Shear direction）：平行于键合界面（通常X/Y轴）。
4、拉力测试参数
钩子位置（Hook position）：距离键合点颈部（Neck）10~20μm。
拉力角度（Pull angle）：90°（垂直向上）或60°（模拟封装应力）。
拉力速度（Pull speed）：100~500μm/s（推荐200μm/s）。
步骤二、剪切力测试（Ball Shear Test）
1、测试步骤
定位键合球：
使用显微镜或CCD摄像头精确定位键合球，确保剪切刀片接触球体边缘（非焊盘）。
执行剪切：
刀片以设定速度水平推进，直至键合球被剪切脱离焊盘（图1）。
设备记录最大剪切力（单位：gf或N）。
数据记录：
保存力-位移曲线，分析失效模式（如界面剥离、球体碎裂）。
2、合格判定
铜线键合典型要求：
最小剪切力：≥50gf（25μm线径）至≥150gf（50μm线径）。
失效模式：键合球应留在焊盘上（若焊盘剥离则判定为工艺缺陷）。
步骤三、拉力测试（Wire Pull Test）
1、测试步骤
钩子定位：
将拉力钩置于键合线颈部（第一键合点）或尾端（第二键合点）。
施加拉力：
钩子以设定速度垂直上拉，直至键合线断裂或脱离（图2）。
设备记录最大拉力值（单位：gf或N）。
失效分析：
颈部断裂（Neck break）：正常失效，说明键合强度足够。
界面剥离（Lift-off）：键合工艺不良（超声能量不足或污染）。
合格判定：
铜线键合典型要求：
最小拉力：≥5gf（25μm线径）至≥15gf（50μm线径）。
失效位置：80%以上应为颈部断裂，若界面剥离率＞20%需优化工艺。
步骤四、测试后数据分析
1、数据统计
计算同一批次样品的剪切力/拉力平均值、标准差和CPK（制程能力指数）。
对比AEC-Q006要求，确认是否通过车规验证。
典型失效模式及对策
步骤五、测试报告输出
包含以下内容：
测试样品信息（批次号、线径、键合工艺参数）。
剪切力/拉力分布图及CPK分析。
失效模式统计与显微照片（如SEM/光学显微镜）。
结论（是否符合AEC-Q006或客户标准）。
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