在微電子封裝領(lǐng)域，球形鍵合點(diǎn)的可靠性是決定器件壽命和性能的關(guān)鍵。然而，單一的剪切力測(cè)試數(shù)值往往無法反映鍵合界面的真實(shí)質(zhì)量。決定鍵合強(qiáng)度的核心物理本質(zhì)究竟是什么？?jī)蓚€(gè)獨(dú)立研究機(jī)構(gòu)驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為我們揭示了答案：剪切力與有效鍵合區(qū)域之間存在直接且決定性的關(guān)系。理解這一關(guān)系，是從經(jīng)驗(yàn)性判斷走向科學(xué)工藝控制的基礎(chǔ)。今天，科準(zhǔn)測(cè)控小編將帶您深入剖析其中的專業(yè)細(xì)節(jié)。

一、材料本征強(qiáng)度：決定理論性能上限

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)清晰地表明，不同鍵合材料的本征剪切強(qiáng)度是評(píng)估鍵合點(diǎn)理論性能的基礎(chǔ)。例如：

金絲體系：摻雜微量Cu和Ag（<10ppm）的Au絲，其測(cè)得的剪切強(qiáng)度約為90MPa。而采用摻雜鈹?shù)仍氐慕鸷辖鹨€，其強(qiáng)度可能再提升10%-20%。值得注意的是，由于金焊球在鍵合后通常處于退火狀態(tài)，其強(qiáng)度受工藝影響相對(duì)較小，因此在剪切力-鍵合區(qū)域關(guān)系圖中通常表現(xiàn)為一條明確的曲線。

鋁絲體系：情況則復(fù)雜得多。硬態(tài)Al-Si絲（含1%Si）的極限剪切強(qiáng)度可達(dá)139MPa，而退火態(tài)則降至84MPa。這意味著，在采用鋁焊盤的系統(tǒng)（如常見的Au-Al鍵合）中，鍵合點(diǎn)的最終失效可能發(fā)生在強(qiáng)度相對(duì)較低的一側(cè)——可能是金球，也可能是鋁層。這取決于鋁焊盤的具體特性（如硬度、純度、晶粒結(jié)構(gòu)）。

核心結(jié)論：鍵合點(diǎn)的理論強(qiáng)度上限由系統(tǒng)中“薄弱環(huán)節(jié)"的材料本征強(qiáng)度決定。這解釋了為何在評(píng)估時(shí)，必須同時(shí)考慮引線和焊盤兩側(cè)的材料屬性。

二、有效鍵合區(qū)域：連接理論與實(shí)際的橋梁

理論強(qiáng)度必須通過有效的物理連接來實(shí)現(xiàn)，而這個(gè)連接區(qū)域就是“鍵合區(qū)域"。上圖核心價(jià)值在于，它將理論材料強(qiáng)度與一個(gè)可測(cè)量的物理尺寸——鍵合區(qū)域直徑——關(guān)聯(lián)起來，從而可以評(píng)估出特定尺寸焊球所能達(dá)到max預(yù)期剪切力。

這里存在一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)細(xì)節(jié)：如何準(zhǔn)確測(cè)量這個(gè)“直徑"？

1. 對(duì)于常規(guī)焊球：建議測(cè)量焊球頂部的瓷嘴壓痕外徑。顯微觀察證實(shí)，該壓痕邊界與實(shí)際金屬間化合物（焊接）區(qū)域的周邊非常接近，比使用焊球max外徑更為準(zhǔn)確，估算值可能低15%-20%，但更貼近真實(shí)承載面積。

2. 對(duì)于細(xì)節(jié)距焊球：由于焊球形貌可能變?yōu)榉菢?biāo)準(zhǔn)的倒錐形，通常建議使用整個(gè)焊球的外徑進(jìn)行測(cè)量和評(píng)估。

三、微小尺寸挑戰(zhàn)：對(duì)測(cè)試設(shè)備提出精準(zhǔn)要求

相關(guān)實(shí)驗(yàn)揭示了一個(gè)重要趨勢(shì)：當(dāng)鍵合區(qū)域直徑低于約50μm時(shí)，剪切力值將迅速下降至20gf以下。這對(duì)測(cè)試技術(shù)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：

測(cè)試難度激增：極小的力和極小的尺寸，使得測(cè)試的定位精度、力值分辨率和工具剛性變得至關(guān)重要。

設(shè)備需求升級(jí)：必須使用更精細(xì)的剪切工具，并配備具有更高定位能力和穩(wěn)定性的測(cè)試系統(tǒng)。

測(cè)試方法的界限：當(dāng)尺寸小到一定程度，剪切測(cè)試將變得不切實(shí)際，此時(shí)需要轉(zhuǎn)向更精密的拉力測(cè)試（如引線拉力測(cè)試）進(jìn)行補(bǔ)充評(píng)估。

四、精密鍵合強(qiáng)度評(píng)估專業(yè)解決方案

要精準(zhǔn)驗(yàn)證上述理論關(guān)系，并將其實(shí)踐于工藝研發(fā)與質(zhì)量控制中，依賴于高精度、高穩(wěn)定性的專業(yè)測(cè)試設(shè)備。這正是科準(zhǔn)測(cè)控力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)所專注的領(lǐng)域。科準(zhǔn)測(cè)控的微機(jī)控制電子試驗(yàn)機(jī)及專用的微力測(cè)試模塊，為球形鍵合點(diǎn)的剪切測(cè)試提供了理想平臺(tái)，通過科準(zhǔn)測(cè)控的專業(yè)設(shè)備，客戶能夠超越經(jīng)驗(yàn)判斷，基于精確數(shù)據(jù)深入理解鍵合機(jī)理，優(yōu)化鍵合參數(shù)，并最終建立起穩(wěn)定、可靠的鍵合強(qiáng)度質(zhì)量控制體系。