Ball Shear测试后铝Pad没有残金，是键合失效吗？推拉力测试机测试结果解析

在半导体封装制造过程中金线键合Wire Bond是实现芯片与外部电路连接的重要工艺。随着封装结构不断微型化键合点的机械可靠性成为影响器件长期稳定运行的重要因素。为了评价金线键合质量工程中通常采用推拉力测试机进行金球推力测试Ball Shear Test通过对键合球施加剪切载荷获取剪切力数据并分析失效状态。在实际测试过程中Ball Shear测试后的焊盘残留状态经常成为工程人员关注的问题尤其是在金/铝Au/Al键合结构中铝Pad表面的残金现象容易引发不同判断。那么金球推力测试后铝Pad没有残金是否代表键合失效残金是否是评价Wire Bond可靠性的必要条件本文科准测控小编将围绕推拉力测试机金球推力测试中的残金判定问题结合JESD22-B116B《Wire Bond Shear Test Method》标准分析Ball Shear失效模式、IMC界面特征以及测试结果评价方法。一、推拉力测试机如何进行金球推力测试金线键合过程中金丝通过热超声键合方式与芯片铝焊盘形成连接。以常见Au/Al键合结构为例键合区域主要包括金球Au Ball金铝金属间化合物层Au-Al IMC铝焊盘Al Pad。在键合过程中金球受到压力、温度以及超声能量作用与铝Pad发生塑性变形并通过原子扩散形成Au-Al金属间化合物。该界面结合状态会影响键合点的机械连接性能。由于金球尺寸通常只有几十微米传统拉力试验机难以满足微小结构定位和低力值测试需求因此半导体封装领域通常采用推拉力测试机进行Ball Shear测试。测试过程中推拉力测试机通过微型剪切刀具作用于金球侧面使键合点承受水平剪切载荷并采集最大剪切力力-位移曲线断裂位置失效模式。通过测试数据与失效形貌结合可以评价Wire Bond工艺稳定性。其中JESD22-B116B《Wire Bond Shear Test Method》对Wire Bond剪切测试方法以及失效模式判定进行了规范是金球推力测试结果分析的重要参考依据。二、金球推力测试后为什么会出现不同残金状态在实际生产过程中部分工程人员认为“Ball Shear测试后铝Pad必须保留残金否则说明金球没有焊牢。”这种判断并不完全准确。金球键合结构由多个区域组成包括金球层、IMC界面层以及铝Pad层。当推拉力测试机施加载荷时破坏会发生在整个键合结构中结合强度较低的位置。根据不同断裂位置Ball Shear测试后可能出现不同结果如果断裂发生在金球内部区域铝Pad表面通常会保留一定金属残留。如果断裂发生在IMC相关区域则可能出现铝Pad表面没有明显残金但存在剪切区域和界面破坏痕迹。如果破坏发生在铝Pad附近则可能出现焊盘损伤或其他异常失效。因此Ball Shear后的残金状态与断裂位置有关不能单独作为判断键合质量的依据。三、Ball Shear测试后铝Pad没有残金是不是键合失效对于金/铝键合结构而言铝Pad没有残金并不能直接判定键合失效。判断重点应放在金球与铝Pad之间是否形成有效结合测试破坏是否发生在合理位置失效模式是否符合标准要求。根据JESD22-B116B标准Bond Shear属于常见剪切失效模式。其中部分Bond Shear失效表现为焊球从焊盘区域脱离铝Pad表面没有明显金残留但存在明显剪切痕迹。这种情况下说明破坏发生于有效键合区域。因此没有残金并不等于没有形成有效键合。四、如何判断Ball Shear是否发生IMC相关剪切对于Au/Al键合产品IMC金属间化合物是分析界面结合状态的重要参考。推拉力测试机完成金球推力测试后需要结合显微观察分析铝Pad表面形貌。如果观察到铝Pad存在明显剪切坑剪切区域颜色区别于正常铝表面存在灰色界面区域有断续金属残留通常可以作为IMC相关剪切的判断依据。这种情况下即使铝Pad上没有明显残金也说明金球与铝Pad之间形成了有效界面结合。因此工程分析时应从“残金观察”转向“失效模式分析”。五、推拉力测试机测试后无残金需要如何进一步分析如果Ball Shear测试后出现铝Pad没有残金没有明显界面剪切痕迹剪切力低于产品要求则需要进一步检查键合工艺。首先需要确认Bond Force参数。Bond Force不足可能导致金球与铝Pad接触面积不足界面塑性变形不足Au-Al原子扩散不充分IMC形成状态异常。除此之外还需要分析超声功率超声时间键合温度铝Pad表面污染情况键合工具状态。对于难以确认的失效样品可以进一步采用弹坑实验Crater Test截面切片分析SEM观察。通过截面分析可以进一步确认IMC形貌金铝界面连续性铝Pad是否发生损伤。六、推拉力测试机如何用于Wire Bond可靠性分析在半导体封装可靠性检测中推拉力测试机不仅用于获取单一推力数值更重要的是通过标准化加载方式分析键合失效原因。科准测控Alpha-W260自动推拉力测试机针对微电子封装测试需求设计可配置不同测试工装实现金球推力测试Ball Shear测试金线拉力测试芯片剪切测试焊点推力测试。测试过程中设备能够采集剪切力力-位移曲线失效过程数据。结合显微观察可以进一步分析铝Pad残金状态IMC剪切区域键合失效位置Wire Bond可靠性。通过测试数据与失效形貌结合可以帮助工程人员优化Bond Force超声参数键合工艺窗口。以上就是科准测控小编为您介绍的金球推力测试后铝Pad残金判定方法以及推拉力测试机在Ball Shear测试中的应用分析。如果您有关于推拉力测试机、金球推力测试、Ball Shear测试、Wire Bond可靠性测试、JESD22-B116B标准应用以及半导体封装检测方案的疑问或需求欢迎联系我们获取专业技术支持。部分图片源自网络如有侵权请联系删除