隨著半導(dǎo)體封裝技術(shù)向微型化、高密度方向發(fā)展，晶圓級(jí)封裝(Wafer Level Packaging, WLP)已成為先進(jìn)封裝技術(shù)的重要代表。硅基WLP封裝因其優(yōu)異的電氣性能、小型化優(yōu)勢和高可靠性，在移動(dòng)設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，在復(fù)雜的使用環(huán)境和嚴(yán)苛的可靠性要求下，WLP封裝界面容易出現(xiàn)開裂、分層等失效問題，嚴(yán)重影響產(chǎn)品可靠性。
科準(zhǔn)測控團(tuán)隊(duì)針對(duì)這一技術(shù)挑戰(zhàn)，采用Alpha W260推拉力測試機(jī)開展系統(tǒng)性失效分析研究。本文將從測試原理、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、儀器特點(diǎn)和操作流程等方面，全面介紹硅基WLP封裝的機(jī)械可靠性評(píng)估方法，為封裝工藝優(yōu)化和質(zhì)量控制提供科學(xué)依據(jù)，助力半導(dǎo)體封裝行業(yè)提升產(chǎn)品良率和可靠性水平。
一、測試原理
硅基WLP封裝失效分析的核心在于評(píng)估其內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度，主要包括焊球剪切力和焊點(diǎn)拉脫力兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：
1、剪切測試原理
通過精密控制的剪切工具對(duì)焊球施加平行于基板方向的力
測量焊球與基板或芯片間界面剝離所需的峰值力
記錄力-位移曲線，分析失效模式和強(qiáng)度特征
2、拉脫測試原理
使用專用夾具垂直拉伸焊球或凸塊
測量界面分離時(shí)的最大拉力
分析斷裂面位置判斷失效機(jī)理（界面斷裂或內(nèi)聚斷裂）
3、失效模式判別：
界面失效：發(fā)生在金屬與鈍化層或UBM層界面
內(nèi)聚失效：發(fā)生在焊料內(nèi)部或IMC層內(nèi)部
混合失效：多種失效模式同時(shí)存在
二、測試標(biāo)準(zhǔn)
硅基WLP封裝推拉力測試遵循以下主要國際標(biāo)準(zhǔn)：
1、JESD22-B117A
焊球剪切測試標(biāo)準(zhǔn)方法
規(guī)定測試速度、工具幾何尺寸等關(guān)鍵參數(shù)
定義剪切高度一般為焊球高度的25%
2、JESD22-B109
焊球拉脫測試標(biāo)準(zhǔn)
規(guī)范夾具設(shè)計(jì)、粘接方法和測試條件
3、MIL-STD-883 Method 2019.7
微電子器件鍵合強(qiáng)度測試方法
包含剪切和拉脫兩種測試程序
4、IPC/JEDEC-9704
晶圓級(jí)封裝可靠性表征標(biāo)準(zhǔn)
特別針對(duì)WLP封裝的機(jī)械可靠性評(píng)估
三、測試儀器
1、Alpha W260推拉力測試機(jī)
Alpha W260推拉力測試機(jī)是專為微電子封裝可靠性測試設(shè)計(jì)的高精度設(shè)備，特別適合紅外探測器芯片的測試需求：
1、設(shè)備特點(diǎn)
高精度：全量程采用自主研發(fā)的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，確保測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
功能性：支持多種測試模式，如晶片推力測試、金球推力測試、金線拉力測試以及剪切力測試等。
操作便捷：配備專用軟件，操作簡單，支持多種數(shù)據(jù)輸出格式，能夠wan美匹配工廠的SPC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
2、多功能測試能力
支持拉力/剪切/推力測試
模塊化設(shè)計(jì)靈活配置
3、智能化操作
自動(dòng)數(shù)據(jù)采集
SPC統(tǒng)計(jì)分析
一鍵報(bào)告生成
4、安全可靠設(shè)計(jì)
獨(dú)立安全限位
自動(dòng)模組識(shí)別
防誤撞保護(hù)
5、夾具系統(tǒng)
多種規(guī)格的剪切工具（適用于不同尺寸焊球）
鉤型拉力夾具
定制化夾具解決方案
2、KZ-68SC-05XY萬能材料試驗(yàn)機(jī)
搭配定制夾具，進(jìn)行焊球垂直拉拔測試
四、測試流程
1. 樣品準(zhǔn)備階段
樣品固定：使用真空吸附或?qū)Ｓ脢A具將樣品固定在測試平臺(tái)
光學(xué)對(duì)位：通過顯微鏡觀察系統(tǒng)定位待測焊球
高度測量：采用激光或光學(xué)方式測量焊球高度
2. 剪切測試流程
設(shè)置剪切工具與基板間距（通常為焊球高度的25%）
設(shè)定測試速度（通常為100-500μm/s）
選擇剪切方向（通常平行于芯片邊緣）
執(zhí)行剪切測試，記錄峰值力和位移曲線
采集失效后圖像，分析斷裂面特征
3. 拉脫測試流程
（示意圖）
選擇合適的上拉夾具（鉤狀或粘接型）
定位夾具與焊球中心對(duì)準(zhǔn)
設(shè)定拉伸速度和最大行程
執(zhí)行拉脫測試，記錄最大拉力
檢查斷裂面，判斷失效位置
4. 數(shù)據(jù)分析階段
統(tǒng)計(jì)處理測試數(shù)據(jù)，計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差
分析力-位移曲線特征
分類統(tǒng)計(jì)失效模式比例
生成測試報(bào)告，包括：
原始測試數(shù)據(jù)
統(tǒng)計(jì)結(jié)果
典型失效圖片
工藝改進(jìn)建議
五、應(yīng)用案例
某300mm硅基WLP產(chǎn)品在可靠性測試中出現(xiàn)早期失效，采用Alpha W260進(jìn)行系統(tǒng)分析：
1、問題現(xiàn)象
溫度循環(huán)測試后部分器件功能失效
初步懷疑焊球界面可靠性問題
2、分析過程
選取正常和失效區(qū)域樣品各20個(gè)
進(jìn)行剪切力測試（參數(shù)：剪切高度30μm，速度200μm/s）
結(jié)果顯示失效區(qū)域平均剪切力下降約35%
斷裂面分析顯示界面失效比例從15%增至65%
3、根本原因
UBM(Under Bump Metallization)層厚度不均
電鍍工藝波動(dòng)導(dǎo)致局部結(jié)合力不足
4、改進(jìn)措施
優(yōu)化UBM電鍍工藝參數(shù)
增加過程監(jiān)控點(diǎn)
改進(jìn)后測試顯示剪切力一致性提高40%
以上就是小編介紹的有關(guān)于硅基WLP封裝失效分析的相關(guān)內(nèi)容了，希望可以給大家?guī)韼椭?。如果您還對(duì)硅基WLP封裝失效分析方法、測試報(bào)告和測試項(xiàng)目，推拉力測試機(jī)怎么使用視頻和圖解，使用步驟及注意事項(xiàng)、作業(yè)指導(dǎo)書，原理、怎么校準(zhǔn)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(qiáng)度測試儀使用方法和鍵合拉力測試儀等問題感興趣，歡迎關(guān)注我們，也可以給我們私信和留言。【科準(zhǔn)測控】小編將持續(xù)為大家分享推拉力測試機(jī)在鋰電池電阻、晶圓、硅晶片、IC半導(dǎo)體、BGA元件焊點(diǎn)、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。
