在現(xiàn)代電子封裝技術(shù)領(lǐng)域，隨著對(duì)電子產(chǎn)品性能要求的不斷提升，三維封裝技術(shù)因其能夠滿足高性能、輕量化、低功耗和小尺寸的需求而受到廣泛關(guān)注。特別是在航空航天等gao端領(lǐng)域，對(duì)電子產(chǎn)品的高可靠性、低功耗和小型化需求日益增長(zhǎng)，這推動(dòng)了微電子陶瓷封裝技術(shù)向更輕小、更低功耗、更高可靠性的三維封裝方向發(fā)展。在這樣的背景下，芯片疊層封裝技術(shù)作為一種有效的三維封裝解決方案，已經(jīng)成為提高封裝密度、縮短互連導(dǎo)線長(zhǎng)度、提升傳輸速率的關(guān)鍵技術(shù)。

芯片疊層封裝技術(shù)通過(guò)垂直堆疊多個(gè)芯片，并利用引線鍵合工藝實(shí)現(xiàn)芯片與外殼的互連，進(jìn)而進(jìn)行密封。根據(jù)芯片尺寸的不同，主要分為金字塔型疊層封裝和十字堆疊封裝兩種結(jié)構(gòu)。金字塔型疊層封裝適用于大小不同的芯片，而十字堆疊封裝則適用于大小相同的芯片。然而，十字交叉疊層結(jié)構(gòu)限制了引出端只能在芯片兩側(cè)，這限制了其應(yīng)用范圍。

本文科準(zhǔn)測(cè)控小編將詳細(xì)介紹夾層式疊層芯片引線鍵合可靠性測(cè)試方法，以及這些研究對(duì)于高可靠疊層芯片封裝研究的意義，為未來(lái)電子產(chǎn)品的封裝設(shè)計(jì)和可靠性評(píng)估提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)。

一、檢測(cè)原理

夾層式疊層芯片引線鍵合可靠性測(cè)試原理主要是通過(guò)評(píng)估在陶瓷封裝腔體中，夾層式疊層芯片結(jié)構(gòu)的鍵合點(diǎn)與鍵合引線在沒(méi)有塑封料填充固定的情況下的可靠性。測(cè)試中，通過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行抗拉和抗剪測(cè)試，評(píng)估鍵合強(qiáng)度是否達(dá)到規(guī)定的最小值，以及工藝能力（Cpk值）是否大于1.67，從而確保制程的穩(wěn)定性和可靠性

二、常用檢測(cè)設(shè)備

1、Beta S100 推拉力測(cè)試機(jī)

1）設(shè)備概述

a、推拉力測(cè)試機(jī)是一種專為微電子領(lǐng)域設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)測(cè)試設(shè)備，用于評(píng)估引線鍵合后的焊接強(qiáng)度、焊點(diǎn)與基板的粘接強(qiáng)度以及進(jìn)行失效分析。該儀器能夠執(zhí)行多種測(cè)試，如晶片推力測(cè)試、金球推力測(cè)試和金線拉力測(cè)試，配備有高速力值采集系統(tǒng)，以確保測(cè)試的精確性。

b、用戶可以根據(jù)具體的測(cè)試需求更換相應(yīng)的測(cè)試模塊，系統(tǒng)將自動(dòng)識(shí)別并調(diào)整到合適的量程。這種靈活性使得設(shè)備能夠適應(yīng)不同產(chǎn)品的測(cè)試需求。每個(gè)測(cè)試工位都設(shè)有獨(dú)立安全高度和速度限制，以防止因誤操作而損壞測(cè)試探頭。該系統(tǒng)以快速、精確和廣泛的適用性為特點(diǎn)。

c、該推拉力測(cè)試機(jī)廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路封裝測(cè)試、LED封裝測(cè)試、光電器件封裝測(cè)試、PCBA電子組裝測(cè)試，以及汽車電子、航空航天等領(lǐng)域。同時(shí)，它也適用于電子分析和研究單位進(jìn)行失效分析，以及教育機(jī)構(gòu)的教學(xué)和研究活動(dòng)。

2）設(shè)備特點(diǎn)

3）相關(guān)夾具與工裝

三、檢測(cè)方法

1、樣品介紹

本文采用陶瓷外殼 CSOP54 封裝進(jìn)行夾層式疊層芯片引線鍵合技術(shù)的試驗(yàn)，試驗(yàn)樣品信息見(jiàn)下圖。

2、引線鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)

針對(duì)試驗(yàn)中疊層芯片的鍵合技術(shù)，進(jìn)行鍵合強(qiáng)度的可靠性試驗(yàn)，包括抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)和抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)。

（1）金絲抗拉強(qiáng)度

A、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

金絲抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)參考 GJB548B-2005，方法2011.1，試驗(yàn)條件 D：在引線中央施加與芯片表面垂直的拉力。

B、試驗(yàn)流程

a. 樣品準(zhǔn)備

選取4#、5#、6#、8#、10#共5個(gè)樣品。

每個(gè)樣品選取11根底層鍵合引線和11根頂層鍵合引線。

b. 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定

確定試驗(yàn)合格判據(jù)為Φ30 μm金絲最小鍵合強(qiáng)度不小于3 gf。

以3 gf作為過(guò)程控制下限。

c. 測(cè)試設(shè)備準(zhǔn)備

準(zhǔn)備推拉力測(cè)試機(jī)，并確保設(shè)備校準(zhǔn)準(zhǔn)確，無(wú)gu障。

準(zhǔn)備測(cè)試記錄表，用于記錄測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果。

d. 設(shè)備設(shè)置

根據(jù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)或工藝要求，設(shè)置推拉力測(cè)試機(jī)的參數(shù)，包括測(cè)試速度、最大拉力等。

調(diào)整測(cè)試機(jī)的夾具，確保金線能夠被正確夾持，且測(cè)試方向與金線鍵合方向一致。

e. 樣品固定

將待測(cè)試的樣品固定在測(cè)試機(jī)的工作臺(tái)上，確保平整且穩(wěn)定。

調(diào)整夾具（鉤針），使金線位于測(cè)試路徑的中心位置。

f. 測(cè)試執(zhí)行

啟動(dòng)測(cè)試機(jī)，開(kāi)始施加拉力。觀察金線在逐漸增加的拉力下的反應(yīng)。

記錄金線在不同拉力下的形變情況，直至金線斷裂或從焊盤(pán)上脫落。

g. 數(shù)據(jù)記錄

在測(cè)試過(guò)程中，記錄金線斷裂時(shí)的最大拉力值。

記錄失效模式，即金線斷裂的位置（如金線頸部、焊點(diǎn)處等）。

（2）金球抗剪強(qiáng)度

A、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

參考EIA/JESD22-B116 Wire Bond Shear TestMethod（金球剪切強(qiáng)度測(cè)試方法）：用推刀在外殼的金球上進(jìn)行球剝離強(qiáng)度測(cè)試。

B、試驗(yàn)流程

a. 樣品準(zhǔn)備

選取經(jīng)過(guò)不同梯度試驗(yàn)的5個(gè)樣品。

每個(gè)樣品選取22個(gè)外殼上的鍵合點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。

b. 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定

金球直徑按照金絲直徑的2.5倍計(jì)算，為Φ75 μm。

確定測(cè)試合格判據(jù)為Φ75 μm金絲球單個(gè)金球最小剪切值不小于21.1 gf。

以21.1 gf作為過(guò)程控制下限。

c. 測(cè)試設(shè)備準(zhǔn)備

準(zhǔn)備推拉力測(cè)試機(jī)，并確保設(shè)備校準(zhǔn)準(zhǔn)確，無(wú)gu障。

準(zhǔn)備測(cè)試記錄表，用于記錄測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果。

d. 設(shè)備設(shè)置

根據(jù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)或工藝要求，設(shè)置推拉力測(cè)試機(jī)的參數(shù)，包括測(cè)試速度、最大剪切力等。

調(diào)整測(cè)試機(jī)的夾具，確保金球能夠被正確夾持，且測(cè)試方向與金球鍵合方向一致。

e. 樣品固定

將待測(cè)試的樣品固定在測(cè)試機(jī)的工作臺(tái)上，確保平整且穩(wěn)定。

調(diào)整夾具，使金球位于測(cè)試路徑的中心位置。

f. 測(cè)試執(zhí)行

啟動(dòng)測(cè)試機(jī)，開(kāi)始施加剪切力。觀察金球在逐漸增加的剪切力下的反應(yīng)。

記錄金球在不同剪切力下的形變情況，直至金球從鍵合點(diǎn)脫落。

g. 數(shù)據(jù)記錄

在測(cè)試過(guò)程中，記錄金球脫落時(shí)的最大剪切力值。

記錄失效模式，即金球脫落的位置（如金球頸部、焊點(diǎn)處等）。

h. 結(jié)果評(píng)估

根據(jù)記錄的最大剪切力值，判斷鍵合質(zhì)量是否合格。如果測(cè)試剪切力大于21.1g，且失效模式正常（即金球從鍵合點(diǎn)脫落，而非金球本身斷裂），則認(rèn)為鍵合效果合格。

如果剪切力值低于21.1g或失效模式異常，需要對(duì)鍵合工藝進(jìn)行審查和調(diào)整。

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