隨著銅線鍵合工藝在汽車電子領(lǐng)域的快速普及，其高性價比、優(yōu)異的導(dǎo)電/導(dǎo)熱性及力學強度成為替代金線的關(guān)鍵優(yōu)勢。然而，銅線的氧化敏感性、工藝窗口窄及耐腐蝕性差等問題，對車規(guī)級可靠性提出了嚴峻挑戰(zhàn)。
本文科準測控小編將圍繞AEC-Q006標準，結(jié)合力學性能測試核心，解析銅線鍵合在車規(guī)驗證中的關(guān)鍵技術(shù)要點，并介紹Alpha W260推拉力測試機在可靠性評估中的關(guān)鍵作用。
一、銅線鍵合的力學性能優(yōu)勢與挑戰(zhàn)
1. 力學性能優(yōu)勢
銅線鍵合相較于傳統(tǒng)金線具有顯著力學優(yōu)勢：
剪切力與拉力：銅線鍵合球的剪切力比金線高15%~25%，拉力值高10%~20%，抗塑封注塑沖彎能力更強。
導(dǎo)電/導(dǎo)熱性：銅的電阻率（1.68×10?? Ω·m）和熱導(dǎo)率（401 W/m·K）均優(yōu)于金（電阻率2.44×10?? Ω·m，熱導(dǎo)率318 W/m·K）。
成本優(yōu)勢：銅線成本僅為金線的1/10。
2. 可靠性挑戰(zhàn)
銅線的應(yīng)用失效模式主要集中在力學性能退化：
鍵合界面分離：因銅硬度高，超聲鍵合工藝參數(shù)（能量、壓力）窗口窄，易導(dǎo)致鍵合不牢或芯片損傷。
IMC（金屬間化合物）過度生長：高溫下銅與鋁焊盤間的IMC生長速率快，降低鍵合點機械強度。
腐蝕失效：銅在潮濕環(huán)境中易氧化，塑封料中的氯離子會加速腐蝕，導(dǎo)致鍵合點斷裂。
二、測試相關(guān)標準
參考AEC-Q006的核心要求
三、檢測設(shè)備和工具
1、Alpha W260推拉力測試機
A、設(shè)備介紹
Alpha-W260自動推拉力測試機用于為微電子引線鍵合后引線焊接強度測試、焊點與基板表面粘接力測試及其失效分析領(lǐng)域的專用動態(tài)測試儀器，常見的測試有晶片推力、金球推力、金線拉力等，采用高速力值采集系統(tǒng)。根據(jù)測試需要更換相對應(yīng)的測試模組,系統(tǒng)自動識別模組，并自由切換量程。
B、推刀或鉤針
C、常用工裝夾具
四、測試流程
步驟一、測試前準備
1、設(shè)備校準
確保Alpha W260已完成力傳感器校準（如0.1g~50kg量程）。
檢查測試探針（剪切刀片/拉力鉤）的磨損情況，必要時更換。
2、樣品固定
將待測芯片（已鍵合銅線）固定在測試臺，確保鍵合點與探針運動方向?qū)R。
使用真空吸附或機械夾具防止樣品位移。
3、參數(shù)設(shè)置
剪切測試參數(shù)：
剪切高度（Stand-off height）：鍵合球高度的1/4~1/3（通常5~10μm）。
剪切速度（Shear speed）：50~500μm/s（推薦100μm/s）。
剪切方向（Shear direction）：平行于鍵合界面（通常X/Y軸）。
4、拉力測試參數(shù)
鉤子位置（Hook position）：距離鍵合點頸部（Neck）10~20μm。
拉力角度（Pull angle）：90°（垂直向上）或60°（模擬封裝應(yīng)力）。
拉力速度（Pull speed）：100~500μm/s（推薦200μm/s）。
步驟二、剪切力測試（Ball Shear Test）
1、測試步驟
定位鍵合球：
使用顯微鏡或CCD攝像頭精確定位鍵合球，確保剪切刀片接觸球體邊緣（非焊盤）。
執(zhí)行剪切：
刀片以設(shè)定速度水平推進，直至鍵合球被剪切脫離焊盤（圖1）。
設(shè)備記錄最大剪切力（單位：gf或N）。
數(shù)據(jù)記錄：
保存力-位移曲線，分析失效模式（如界面剝離、球體碎裂）。
2、合格判定
銅線鍵合典型要求：
最小剪切力：≥50gf（25μm線徑）至≥150gf（50μm線徑）。
失效模式：鍵合球應(yīng)留在焊盤上（若焊盤剝離則判定為工藝缺陷）。
步驟三、拉力測試（Wire Pull Test）
1、測試步驟
鉤子定位：
將拉力鉤置于鍵合線頸部（第一鍵合點）或尾端（第二鍵合點）。
施加拉力：
鉤子以設(shè)定速度垂直上拉，直至鍵合線斷裂或脫離（圖2）。
設(shè)備記錄最大拉力值（單位：gf或N）。
失效分析：
頸部斷裂（Neck break）：正常失效，說明鍵合強度足夠。
界面剝離（Lift-off）：鍵合工藝不良（超聲能量不足或污染）。
合格判定：
銅線鍵合典型要求：
最小拉力：≥5gf（25μm線徑）至≥15gf（50μm線徑）。
失效位置：80%以上應(yīng)為頸部斷裂，若界面剝離率＞20%需優(yōu)化工藝。
步驟四、測試后數(shù)據(jù)分析
1、數(shù)據(jù)統(tǒng)計
計算同一批次樣品的剪切力/拉力平均值、標準差和CPK（制程能力指數(shù)）。
對比AEC-Q006要求，確認是否通過車規(guī)驗證。
典型失效模式及對策
步驟五、測試報告輸出
包含以下內(nèi)容：
測試樣品信息（批次號、線徑、鍵合工藝參數(shù)）。
剪切力/拉力分布圖及CPK分析。
失效模式統(tǒng)計與顯微照片（如SEM/光學顯微鏡）。
結(jié)論（是否符合AEC-Q006或客戶標準）。
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