键合拉力测试
1.测试方法与失效模式
在从电路角度评估键合质量时，第一焊点、线弧以及第二焊点共同构成一个完整的键合体系。在此情况下，键合拉力测试是广泛认可的、评估键合质量最为有效的方式之一。依据 GJB 548B - 2005 中的方法 2011 关于键合强度（破坏性键合拉力试验）测试的规定，其具体操作是在键合丝下方插入钩针，并对弧顶施加拉力，详见图 1。
图1：键合拉力实验受力情况
两个沿键合丝方向的反向拉力F和F'，用于平衡钩针提供的垂直向上的拉力 F₀。随着拉力 F₀持续增大，当焊点或键合丝无法提供足够反向拉力时，键合丝就会被拉断，键合拉力试验随即结束。拉断位置可能出现以下几种情形，如图 2 所示：
图2：键合拉力实验中拉断位置分布
1--第一键合点脱键2--第一键合点根部断裂3 --线弧拉断4--第二键合点根部断裂5--第二键合点脱键
这些不同的拉断位置对应着各异的失效模式，如图 3 所示。导致失效的相关因素列于表1。
表1：几种典型的引线键合失效原因
图3：键合拉力实验中失效模式和位置
2.引线拉力极限值
引线的拉断力和引线直径密切相关。按照 GJB 548B - 2005 方法 2011 中关于键合强度（破坏性拉力试验）测试的规定，引线的最小键合拉力极限值如图 4 所示。
图4：最小键合拉力极限值
3.约比温度与键合拉力的衰退
约比温度指的是材料的使用温度与熔点的比值，即 T/Tm 。当该比值大于 0.5 时，材料处于高温状态；小于 0.5 时，则处于低温状态。经过高温处理后，材料的塑性会增大，强度降低。中国电科 47 所康敏等人研究发现，按照此计算方式，金的高温温度为 395℃，铝的高温温度为 173.5℃。这就很好地解释了为何经过 330℃烧结密封后，在进行拉力测试时铝丝键合的强度显著下降，并且在拉力测试过程中能明显观察到铝丝被拉伸的现象。原因在于，在烧结密封温度下，铝丝处于高温状态，致使其塑性增大、强度降低。然而，烧结密封后，只要金丝的金球不脱落，其拉力值几乎不会发生改变。这是因为对于金丝而言，烧结温度仍处于低温范畴，不足以显著改变金丝的性能。
焊球剪切应力测试
2025
当重点关注键合焊点，探究键合工艺参数对焊点与焊盘界面结合状况的影响时，科研人员采用了键合点的剪切应力测试。像 IEC60749 - 22 - 2002《半导体器件机械和气候试验方法 第 22 部分：粘接强度》、GB/T4937.22 - 2018《半导体器件机械和气候试验方法 第 22 部分：键合强度》、JESD 22 - B116《键合剪切试验》、AEC - Q - 100 - 001《基于集成电路应力认证的失效机理》以及 ASTM F1269《球压焊的破坏性剪切试验的标准试验方法》等标准文件，都提供了相应的试验方法，用于检测引线键合的抗剪强度。球形键合剪切试验的示意情况如图 5 所示。
图5：球形键合剪切试验示意图
键合目检
2025
键合目检在评估键合质量方面起着极为关键的作用。除了非破坏性的键合拉力测试之外，键合目检是一种重要的、通过直接观察键合丝和键合焊点的外观形貌，以此来判断键合质量的非破坏性方式。在不进行键合拉力测试的情况下，能够借助对键合丝和焊点的外观检查，判断焊点的形变是否足够充分，以及键合过程中是否存在引线损伤，进而判断键合质量是否受到影响。举例来说，键合丝根部损伤常常会致使根部断裂；键合焊点形变不充分会造成焊接界面面积不够，这会使键合强度降低。通过键合目检，能够及时发现并解决键合过程中的偶然问题，挑出不合格产品，保障键合的可靠性。
内部目检的关键判定准则
依据 GJB 548B - 2005 方法 2010 中有关内部目检的明确要求，一旦键合出现以下状况，将被判定为不合格产品，不得接收：
1.金丝球焊键合
若金丝焊球直径小于键合引线直径的 2 倍，或者大于 5 倍，均不符合标准。
金丝球焊键合引出线未完全处于球的周线范围之内。
金丝球焊键合引出线的中心，没有完全落在未被玻璃钝化层覆盖的键合区界限里面。
2.楔形键
超声楔形键，其宽度小于引线直径的 1.2 倍，或者大于 3 倍；长度小于引线直径的 1.5 倍，或者大于 6 倍时，不满足接收条件。
热压楔形键，宽度小于引线直径的 1.5 倍，或者大于 3 倍；长度小于引线直径的 1.5 倍，或者大于 6 倍，同样不符合要求。
当铝引线直径达到 51um 及以上时，若键合宽度小于引线直径，则不可接收。
在楔形键合位置，若刀具压痕未能完全覆盖整个键合线宽度，也属于不合格范畴。
3.无尾键合（月牙形键）
键合宽度小于引线直径的 1.2 倍，或者大于 5 倍；长度小于引线直径的 0.5 倍，或者大于 3 倍，均不符合接收标准。
在无尾线键合区域，若刀具压痕没有完全覆盖整个键合线宽度，产品不能被接收。
4.一般情况（从上方观察）
对于 S 级产品，芯片上的键若有 75% 及以下部分处于未被玻璃钝化的键合区内；对于 B 级产品，芯片上的键若有 50% 及以下部分处于未被玻璃钝化的键合区内，均为不合格。
键合尾线的长度要是超过了引线直径的 2 倍，产品不符合要求。
若键合位于多余物之上，该产品不可接收。
5.内引线（从不同角度观察器件）
若引线上存在裂口、弯曲、割口、刻痕或者颈缩等问题，导致引线直径减小超过 25%，产品不合格。
引线和键的结合处要是出现撕裂现象，产品不可接收。
若引线呈现直线形状，而非弧形，该产品不符合接收标准。
来源于学习那些事，作者赵先生
半导体工程师
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