隨著電子設(shè)備向小型化、高性能化方向發(fā)展，集成電路封裝技術(shù)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。QFN(Quad Flat No-lead)封裝因其優(yōu)異的散熱性能、小型化尺寸和良好的電性能，在高端電子產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用。然而，隨著封裝尺寸的不斷縮小和功率密度的持續(xù)提高，封裝可靠性問題日益突出，特別是銅線鍵合與塑封材料的匹配性問題已成為制約QFN封裝可靠性的關(guān)鍵因素。

本文科準測控小編將重點從力學(xué)性能角度分析FSF和FSFF兩種鍵合模式對QFN封裝可靠性的影響，結(jié)合Beta S100推拉力測試機等檢測設(shè)備，系統(tǒng)評估了鍵合界面的力學(xué)特性及其在可靠性測試中的表現(xiàn)，為高可靠性QFN封裝的設(shè)計與制造提供了重要參考。

一、力學(xué)性能分析原理

1、鍵合界面力學(xué)原理

銅線鍵合過程本質(zhì)上是通過機械力(壓力)和超聲波能量共同作用，在銅球與鋁焊盤之間形成可靠的冶金連接。這一過程中涉及多種力學(xué)現(xiàn)象：

塑性變形：鍵合壓力使銅球和鋁焊盤發(fā)生塑性變形，增加接觸面積

摩擦焊接：超聲波振動產(chǎn)生微觀摩擦，破壞表面氧化層，促進金屬間擴散

金屬間化合物(IMC)形成：Cu-Al界面在熱力學(xué)驅(qū)動下形成多種成分的IMC層

2、鍵合強度評價標準

根據(jù)JESD22-B116B和MIL-STD-883K標準，鍵合界面的力學(xué)性能主要通過以下參數(shù)評價：

焊球推力(Ball Shear)：評估焊球與焊盤之間的結(jié)合強度

焊線拉力(Wire Pull)：評估鍵合線與焊球/第二鍵合點之間的連接強度

彈坑測試(Crater Test)：評估鍵合過程對下層硅芯片的損傷程度

二、實驗設(shè)備與方法

1、Beta S100推拉力測試儀

A、設(shè)備介紹

Beta S100推拉力測試機是一款專為微電子封裝行業(yè)設(shè)計的高精度測試設(shè)備。它能夠滿足多種封裝形式的測試需求，包括QFN、BGA、CSP、TSOP等，并支持靜態(tài)和動態(tài)的拉力、推力及剪切力測試。其廣泛的應(yīng)用范圍覆蓋了半導(dǎo)體封裝、LED封裝、光電子器件、PCBA電子組裝、汽車電子以及航空航天等多個領(lǐng)域。

B、核心優(yōu)勢

a、高精度測量

采用先進的傳感器技術(shù)和自主研發(fā)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，Beta S100能夠提供高精度的測試數(shù)據(jù)，確保測試結(jié)果的可靠性和重復(fù)性。

b、多功能設(shè)計

設(shè)備支持多種測試模塊的更換，用戶可根據(jù)具體需求選擇合適的模塊。系統(tǒng)會自動識別并調(diào)整到最佳量程，極大地提高了設(shè)備的靈活性和適用性。

c、智能化操作

配備專用軟件，操作界面簡潔直觀，功能強大。設(shè)備自帶SPC（統(tǒng)計過程控制）等多種數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，支持多種數(shù)據(jù)輸出格式，便于用戶進行數(shù)據(jù)分析和報告生成。

d、自動化測試

Beta S100配備智能視覺系統(tǒng)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，可自動識別測試位置，減少人工誤差，提高測試效率和準確性。

2、推刀或鉤針

3、常用工裝夾具

四、測試流程

步驟一、樣品制備

塑封后樣品經(jīng)研磨拋光制備鍵合界面切片

激光開蓋露出鍵合點用于拉力測試

步驟二、焊球推力測試

根據(jù)JESD22-B116B標準設(shè)置測試參數(shù)

剪切工具距離芯片表面10μm

剪切速度200μm/s

記錄最大剪切力及失效模式

步驟三、焊線拉力測試

鉤子置于鍵合線中點位置

拉力方向垂直于芯片表面

拉伸速度200μm/s

記錄最大拉力及斷裂位置

步驟四、彈坑測試

去除焊球后觀察鋁焊盤殘留情況

評估硅基板損傷程度

步驟五、力學(xué)性能測試結(jié)果與分析

1、鍵合模式對力學(xué)性能的影響

通過Beta S100推拉力測試機獲得的測試數(shù)據(jù)顯示：

2、失效模式分析

BHAST測試中FSF模式失效樣品的力學(xué)分析顯示：

失效位置：全部發(fā)生在Cu-Al界面

IMC形貌：呈現(xiàn)多孔狀腐蝕特征

力學(xué)性能退化：失效樣品推力值下降30-40%

而FSFF模式樣品在所有可靠性測試中均未出現(xiàn)力學(xué)性能退化，表明其界面具有更好的環(huán)境穩(wěn)定性。

以上就是小編介紹的有關(guān)于銅線鍵合模式和塑封料對QFN 封裝可靠性的影響相關(guān)內(nèi)容了，希望可以給大家?guī)韼椭∪绻€想了解更多關(guān)于推拉力測試機怎么使用視頻和圖解，使用步驟及注意事項、作業(yè)指導(dǎo)書，原理、怎么校準和使用方法視頻，推拉力測試儀操作規(guī)范、使用方法和測試視頻，焊接強度測試儀使用方法和鍵合拉力測試儀等問題，歡迎您關(guān)注我們，也可以給我們私信和留言，【科準測控】小編將持續(xù)為大家分享推拉力測試機在鋰電池電阻、晶圓、硅晶片、IC半導(dǎo)體、BGA元件焊點、ALMP封裝、微電子封裝、LED封裝、TO封裝等領(lǐng)域應(yīng)用中可能遇到的問題及解決方案。

審核編輯 黃宇