在焊球剪切測試的復(fù)雜體系中，厚膜金屬層上的鍵合評估與復(fù)合鍵合點(diǎn)的測試分析構(gòu)成了獨(dú)特的挑戰(zhàn)。這些特殊條件下的測試不僅考驗(yàn)著設(shè)備精度，更考驗(yàn)著工程師對界面特性的深刻理解。

厚膜金屬層的雙重特性

與均勻致密的薄膜不同，厚膜金屬層呈現(xiàn)出獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)特征。研究表明，同等直徑焊球在厚膜上測得的剪切力通常比薄膜低15-25%，這主要?dú)w因于厚膜表面的凹坑、空洞以及可能存在的玻璃或氧化物覆蓋層。

然而，在某些特定條件下，測試結(jié)果卻呈現(xiàn)出相反趨勢。由于厚膜表面粗糙度較高，剪切工具的垂直定位需要比薄膜情況提高3-5微米。如果仍按薄膜標(biāo)準(zhǔn)定位，剪切工具可能在厚膜表面發(fā)生拖行，導(dǎo)致測得的剪切力值人為偏高10-20gf。這種現(xiàn)象解釋了為何部分文獻(xiàn)報(bào)道的厚膜剪切力數(shù)據(jù)反而高于薄膜預(yù)期值。

界面粘附性的關(guān)鍵影響

即使工具定位準(zhǔn)確，界面粘附性的差異仍會顯著影響測試結(jié)果。如圖所示，在粘附性較差的厚膜上，熱壓鍵合焊球的剪切力僅為24gf，而在正常粘附性的薄膜表面，相同尺寸焊球的剪切力可達(dá)70-80gf范圍。這種超過65%的差異直觀揭示了界面質(zhì)量對鍵合強(qiáng)度的決定性影響。

粘附性較差的金厚膜上熱壓鍵合焊球的剪切示例圖

在半導(dǎo)體芯片測試中，這一問題更加復(fù)雜。鍵合過程中可能造成硅表面的微裂紋（彈坑），對這些損傷區(qū)域上的焊球進(jìn)行剪切測試，不僅會得到異常低的力值，還可能在實(shí)際測試中進(jìn)一步擴(kuò)大損傷范圍。這恰好體現(xiàn)了剪切測試的特殊價(jià)值——它能夠檢測出拉力測試無法發(fā)現(xiàn)的半導(dǎo)體損傷問題。

復(fù)合鍵合的特殊考量

在球上球（ball-on-ball）的復(fù)合鍵合結(jié)構(gòu)中，測試評估需要更加細(xì)致的考量。研究發(fā)現(xiàn)：

l           對準(zhǔn)精度的重要性：上部焊球與底部焊球的中心對齊至關(guān)重要。未對準(zhǔn)情況下，彈坑發(fā)生率增加40-50%；

l           工藝參數(shù)的優(yōu)化：超聲能量的增加會顯著提高彈坑風(fēng)險(xiǎn)，而將超聲能量降至低值同時(shí)升高溫度，可基本解決彈坑問題；

l           測試策略的選擇：對于復(fù)合鍵合點(diǎn)，通常只需測試最薄弱的Au-Al界面即可反映整體可靠性，因?yàn)锳u-Au界面的結(jié)合強(qiáng)度往往足夠高。

自動化設(shè)備的優(yōu)勢

自動鍵合機(jī)在復(fù)合鍵合應(yīng)用中展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。與傳統(tǒng)手工操作相比，自動化設(shè)備能夠：確保焊球堆疊的精準(zhǔn)對中（偏差小于5微米）；保持工藝參數(shù)的一致性；顯著降低彈坑發(fā)生率；支持多層焊球堆疊以獲得特定高度需求。

如圖所示，這些精心堆疊的復(fù)合鍵合點(diǎn)在熱循環(huán)測試中表現(xiàn)出優(yōu)異的抗疲勞特性，為倒裝芯片等先進(jìn)封裝提供了可靠的支撐結(jié)構(gòu)。

a）一個(gè)全焊盤都鍵合三層“球凸點(diǎn)"的芯片b）一個(gè)雙層“精準(zhǔn)定位的凸點(diǎn)/頂部削平的凸點(diǎn)"示例

面對厚膜金屬層和復(fù)合鍵合的特殊挑戰(zhàn)，科準(zhǔn)測控開發(fā)了專用的智能測試方案。我們的系統(tǒng)通過多層界面分析技術(shù)和智能參數(shù)優(yōu)化算法，能夠準(zhǔn)確識別不同界面層的失效模式，為厚膜電路和復(fù)合結(jié)構(gòu)的質(zhì)量評估提供可靠的技術(shù)支持。

在先進(jìn)封裝技術(shù)快速發(fā)展的今天，科準(zhǔn)測控致力于幫助客戶建立完善的測試體系，確保從傳統(tǒng)薄膜到復(fù)雜厚膜，從單層鍵合到多層堆疊，每一個(gè)界面都得到精準(zhǔn)評估，為產(chǎn)品的長期可靠性奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。