在半導體封裝過程中，引線鍵合是芯片和外部管腳連通的主要方式，鍵合工序直接決定器件的成品率與長期可靠性。據統計，半導體器件的本質失效中約有1/3至1/4由引線鍵合問題引起。鍵合失效最常見的表現就是開路（含阻抗增大）和短路，原因基本上出在工藝和封裝環境。本文，榴莲视频成版APP下载測控基於《半導體器件鍵合失效模式及機理分析》一文，圍繞鍵合失效的主要模式與機理，重點分析推拉力測試在鍵合強度評價、失效預警及DPA（破壞性物理分析）中的應用價值。

 

一、鍵合失效主要模式與機理

1. 鍵合壓力不當

壓力過大：鍵合時壓力過高，鍵合點金絲變形嚴重，邊緣變薄甚至出現開裂（壓裂）。這類鍵合點雖在出廠時可能通過電性測試，但在後續振動、溫度變化等應力作用下極易開路失效。

 

壓力過小：壓力不足時，鍵合絲與焊盤之間“融合”麵積過小，結合界麵未能形成足夠的金屬間擴散層。在機械衝擊或熱應力作用下，鍵合點很容易與焊盤分離。下圖中失效鍵合點變形明顯小於正常點，且呈現“零克力”失效——即鍵合界麵幾乎沒有結合強度。

 

2. 鍵合絲塌絲

鍵合絲長短控製不當、走向不合理，或後續工序中人為失誤，可使鍵合絲觸及器件內部裸露導體（如電容端頭、芯片邊緣），造成短路。這類失效往往呈間歇性，振動或溫度變化可激勵故障複現，給檢測帶來較大難度。

3. 封裝環境

腔體氣氛不良：密封器件內水汽含量超標且含腐蝕性元素（如Cl、P），導致鍵合區腐蝕，最終過流燒毀熔斷。

玻璃熔封料擠壓：封蓋時熔封料滲入鍵合根部，對鍵合絲形成“翹起”作用，在頸縮部位造成應力集中，溫度衝擊下引發開路。

塑封分層：塑封料與芯片熱膨脹係數差異較大，一旦存在分層，溫度變化產生熱機械剪切應力，芯片邊緣鍵合點易脫鍵失效。

  

二、鍵合強度評價手段

1. 鍵合拉力測試（Wire Pull Test）

鍵合拉力測試通過鉤針在鍵合絲跨距中央施加向上的拉力，直至鍵合點脫離或鍵合絲斷裂，記錄最大拉力值。在實際應用中，鍵合拉力測試可分為：

破壞性拉力測試：拉斷鍵合絲或脫離鍵合點，獲得極限強度值，用於工藝評價和失效分析；

非破壞性拉力測試：施加規定載荷而不破壞鍵合，用於篩選檢測，剔除強度不足的鍵合點。

2. 鍵合剪切測試（Ball Shear Test）

剪切工具在鍵合球側麵施加水平力，將鍵合球從焊盤上推離，獲得剪切強度值。該方法尤其適用於評價球鍵合點與焊盤之間的結合質量，對鍵合壓力過小、焊盤汙染等引起的弱結合非常敏感。

3. 在DPA中的標準地位

DPA（破壞性物理分析）中鍵合拉力試驗是檢測鍵合強度是否達標的常規項目，能夠檢出鍵合力偏小乃至“零克力”的鍵合缺陷。恒定加速度篩選試驗也一定程度依賴鍵合強度來抵禦機械應力，若鍵合強度不足，則在高加速度條件下易發生脫鍵，從而被剔除。

 

三、推拉力測試價值

在鍵合失效檢測中，電性測試（如V-I特性測試）和X射線檢查雖然重要，但各自存在局限。

 

推拉力測試的價值在於它提供了可量化、可比較、可追溯的力學數據。鍵合點是否“壓牢”、結合麵積是否足夠、是否存在顯微裂紋...這些問題最終都可歸結為強度值是否達標。

 

半導體器件的鍵合失效，無論源於鍵合工藝不良還是封裝因素，其本質問題都可歸結為鍵合界麵強度不足。推拉力測試作為直接量化鍵合結合力（包括鍵合絲拉力與焊球剪切力）的測試手段，在工藝開發、在線監控、可靠性驗證及失效分析中均發揮不可替代的作用，是對電性測試和X射線檢查等無損檢測方法的重要補充。

 

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