在現代半導體封裝工藝中，引線鍵合技術作為芯片與外部電路連接的關鍵環節，其質量直接影響著電子器件的可靠性和性能。隨著封裝技術向高密度、小型化方向發展，銅線鍵合因其優異的導電性、熱傳導性和成本優勢，正逐步取代傳統的金線鍵合。然而，銅線鍵合工藝參數的優化仍面臨諸多挑戰，特別是第二焊點(二焊點)的鍵合強度控制尤為關鍵。

本文科準測控小編將采用Alpha W260推拉力測試機，結合正交試驗設計方法，系統分析了影響銅線二焊點鍵合強度的關鍵參數，為工藝優化提供科學依據。通過極差分析、方差分析和回歸建模，我們建立了工藝參數與鍵合強度的定量關系，最終驗證了優化工藝方案的可靠性，為實際生產提供了重要參考。

一、測試原理

引線鍵合是通過金屬導線(金、銅、銀等)將芯片上的焊盤與引線框架管腳連接的技術。超聲熱壓鍵合結合了熱壓和超聲兩種能量形式，其原理主要包括：

超聲軟化效應：高頻超聲波(通常60-120kHz)使金屬晶格產生微觀振動，降低屈服強度，促進塑性變形。

摩擦焊接機制：劈刀與金屬線、基板間的相對運動產生摩擦熱，促進金屬間擴散。

壓力輔助鍵合：靜態壓力確保接觸面緊密貼合，促進原子擴散。

二焊點形成過程涉及復雜的物理化學變化，其強度受多種參數交互影響，包括：

超聲功率(USG)：影響能量輸入和軟化程度

壓力(Force)：決定接觸緊密性

研磨參數(Scrub cycle/Amplitude/Frequency)：控制界面摩擦狀態

二、測試相關標準

JEDEC JESD22-B116：引線鍵合剪切測試標準

MIL-STD-883 Method 2011.7：鍵合強度測試方法

SEMI G32-94：銅線鍵合工藝指南

IPC/JEDEC-9704：銅線鍵合可靠性評估

三、測試設備

1、Alpha W260推拉力測試機

A、設備介紹

Alpha W260推拉力測試機是一款專為半導體封裝、電子組裝等領域設計的高精度測試設備。其主要特點包括：

高精度測量：配備24Bit超高分辨率數據采集系統，確保測試數據的高精度和高重復性。

多功能性：支持多種測試模式，包括晶片推力、金球推力、金線拉力等，適用于不同封裝形式的測試需求。

自動化操作：X、Y軸自動工作臺設計，操作簡便，測試效率高。

安全性：每個工位設有獨立安全高度和限速，防止誤操作損壞測試針頭。

這些特點使得Alpha W260成為COB封裝推拉力測試的理想選擇。

2、鉤針

3、測試標準要求

拉力測試速度：5mm/s

測試角度：30°±5°

失效模式判定：第一焊點頸部斷裂為有效數據

數據采集：每組至少15個有效樣本

四、實驗流程

步驟一、樣品制備

基板準備：采用鍍銀銅框架(銀層厚度2-5μm)，乙醇超聲清洗5分鐘，氮氣吹干

芯片貼裝：使用環氧樹脂膠將芯片粘接在框架上，150℃固化1小時

工藝參數設置：根據正交表L27(3^5)設置27組參數組合(表1)

步驟二、鍵合工藝

第一焊點形成：

打火燒球：EFO電流30mA，時間0.3ms

鍵合參數：固定USG=50，Force=40gf，Time=15ms

線弧成型：弧高100μm，跨度1.5mm

第二焊點鍵合：按正交表參數執行，每組重復15根線

步驟三、拉力測試

1、設備校準：使用標準砝碼校準Alpha W260測試機

2、測試設置：

鉤針位置：距二焊點50μm

測試速度：5mm/s

測試角度：30°

3、數據采集：

記錄最大拉力值

觀察失效模式(僅保留第一焊點頸部斷裂數據)

每組剔除異常值后取15個有效數據平均值

步驟四、數據分析

極差分析：計算各因素K值和極差R

方差分析：評估因素顯著性(P<0.1)

交互作用分析：構建二元表分析顯著交互項

回歸建模：建立拉力與參數的線性模型

步驟五、驗證實驗

按優化方案A1B1C1D2E2進行鍵合

重復測試3組，每組15個樣本

對比優化前后拉力值

五、注意事項

環境控制：溫度23±1℃，濕度45±5%RH

設備預熱：測試機預熱30分鐘以上

鉤針選擇：使用1mil(25μm)鎢鋼鉤針

數據有效性：失效模式不符合要求的數據應剔除

參數交互：注意顯著交互項的實際影響

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