在現(xiàn)代電子封裝技術領域，隨著對電子產(chǎn)品性能要求的不斷提升，三維封裝技術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注。特別是在航空航天等gao端領域，對電子產(chǎn)品的高可靠性、低功耗和小型化需求日益增長，這推動了微電子陶瓷封裝技術向更輕小、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、縮短互連導線長度、提升傳輸速率的關鍵技術。
芯片疊層封裝技術通過垂直堆疊多個芯片，并利用引線鍵合工藝實現(xiàn)芯片與外殼的互連，進而進行密封。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)，這限制了其應用范圍。
本文科準測控小編將詳細介紹夾層式疊層芯片引線鍵合可靠性測試方法，以及這些研究對于高可靠疊層芯片封裝研究的意義，為未來電子產(chǎn)品的封裝設計和可靠性評估提供理論基礎和實踐指導。
一、檢測原理
夾層式疊層芯片引線鍵合可靠性測試原理主要是通過評估在陶瓷封裝腔體中，夾層式疊層芯片結(jié)構(gòu)的鍵合點與鍵合引線在沒有塑封料填充固定的情況下的可靠性。測試中，通過對樣品進行抗拉和抗剪測試，評估鍵合強度是否達到規(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、常用檢測設備
1、Beta S100 推拉力測試機
1）設備概述
a、推拉力測試機是一種專為微電子領域設計的動態(tài)測試設備，用于評估引線鍵合后的焊接強度、焊點與基板的粘接強度以及進行失效分析。該儀器能夠執(zhí)行多種測試，如晶片推力測試、金球推力測試和金線拉力測試，配備有高速力值采集系統(tǒng)，以確保測試的精確性。
b、用戶可以根據(jù)具體的測試需求更換相應的測試模塊，系統(tǒng)將自動識別并調(diào)整到合適的量程。這種靈活性使得設備能夠適應不同產(chǎn)品的測試需求。每個測試工位都設有獨立安全高度和速度限制，以防止因誤操作而損壞測試探頭。該系統(tǒng)以快速、精確和廣泛的適用性為特點。
c、該推拉力測試機廣泛應用于半導體集成電路封裝測試、LED封裝測試、光電器件封裝測試、PCBA電子組裝測試，以及汽車電子、航空航天等領域。同時，它也適用于電子分析和研究單位進行失效分析，以及教育機構(gòu)的教學和研究活動。
2）設備特點
3）相關夾具與工裝
三、檢測方法
1、樣品介紹
本文采用陶瓷外殼 CSOP54 封裝進行夾層式疊層芯片引線鍵合技術的試驗，試驗樣品信息見下圖。
2、引線鍵合強度試驗
針對試驗中疊層芯片的鍵合技術，進行鍵合強度的可靠性試驗，包括抗拉強度試驗和抗剪強度試驗。
（1）金絲抗拉強度
A、檢測標準
金絲抗拉強度試驗參考 GJB548B-2005，方法2011.1，試驗條件 D：在引線中央施加與芯片表面垂直的拉力。
B、試驗流程
a. 樣品準備
選取4#、5#、6#、8#、10#共5個樣品。
每個樣品選取11根底層鍵合引線和11根頂層鍵合引線。
b. 測試標準設定
確定試驗合格判據(jù)為Φ30 μm金絲最小鍵合強度不小于3 gf。
以3 gf作為過程控制下限。
c. 測試設備準備
準備推拉力測試機，并確保設備校準準確，無gu障。
準備測試記錄表，用于記錄測試數(shù)據(jù)和結(jié)果。
d. 設備設置
根據(jù)測試標準或工藝要求，設置推拉力測試機的參數(shù)，包括測試速度、最大拉力等。
調(diào)整測試機的夾具，確保金線能夠被正確夾持，且測試方向與金線鍵合方向一致。
e. 樣品固定
將待測試的樣品固定在測試機的工作臺上，確保平整且穩(wěn)定。
調(diào)整夾具（鉤針），使金線位于測試路徑的中心位置。
f. 測試執(zhí)行
啟動測試機，開始施加拉力。觀察金線在逐漸增加的拉力下的反應。
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上脫落。
g. 數(shù)據(jù)記錄
在測試過程中，記錄金線斷裂時的最大拉力值。
記錄失效模式，即金線斷裂的位置（如金線頸部、焊點處等）。
（2）金球抗剪強度
A、檢測標準
參考EIA/JESD22-B116 Wire Bond Shear TestMethod（金球剪切強度測試方法）：用推刀在外殼的金球上進行球剝離強度測試。
B、試驗流程
a. 樣品準備
選取經(jīng)過不同梯度試驗的5個樣品。
每個樣品選取22個外殼上的鍵合點進行測試。
b. 測試標準設定
金球直徑按照金絲直徑的2.5倍計算，為Φ75 μm。
確定測試合格判據(jù)為Φ75 μm金絲球單個金球最小剪切值不小于21.1 gf。
以21.1 gf作為過程控制下限。
c. 測試設備準備
準備推拉力測試機，并確保設備校準準確，無gu障。
準備測試記錄表，用于記錄測試數(shù)據(jù)和結(jié)果。
d. 設備設置
根據(jù)測試標準或工藝要求，設置推拉力測試機的參數(shù)，包括測試速度、最大剪切力等。
調(diào)整測試機的夾具，確保金球能夠被正確夾持，且測試方向與金球鍵合方向一致。
e. 樣品固定
將待測試的樣品固定在測試機的工作臺上，確保平整且穩(wěn)定。
調(diào)整夾具，使金球位于測試路徑的中心位置。
f. 測試執(zhí)行
啟動測試機，開始施加剪切力。觀察金球在逐漸增加的剪切力下的反應。
記錄金球在不同剪切力下的形變情況，直至金球從鍵合點脫落。
g. 數(shù)據(jù)記錄
在測試過程中，記錄金球脫落時的最大剪切力值。
記錄失效模式，即金球脫落的位置（如金球頸部、焊點處等）。
h. 結(jié)果評估
根據(jù)記錄的最大剪切力值，判斷鍵合質(zhì)量是否合格。如果測試剪切力大于21.1g，且失效模式正常（即金球從鍵合點脫落，而非金球本身斷裂），則認為鍵合效果合格。
如果剪切力值低于21.1g或失效模式異常，需要對鍵合工藝進行審查和調(diào)整。
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