基于推拉力测试机的化学镀镍钯金电路板金丝键合可靠性验证

在微组装工艺中，化学镀镍钯金（ENEPIG）工艺因其优异的抗“金脆”和“黑焊盘”性能，成为高可靠性电子封装的关键技术。然而，其键合强度的长期可靠性仍需系统验证。本文科准测控小编将基于Alpha W260推拉力测试机，结合破坏性力学测试与高温加速试验，对ENEPIG焊盘的金丝键合性能进行全面分析，为行业提供数据支撑和工艺优化方向。

一、测试原理与标准

1、键合强度测试原理

破坏性键合拉力测试：通过垂直拉伸键合丝至断裂，评估键合丝与焊盘的结合强度（单位：cN）。

第一键合点剪切力测试：水平剪切第一键合点（球焊点），量化焊盘与金球的界面强度（单位：cN）。

元素扩散分析：通过高温加速试验（300℃烘焙），利用SEM/EDS检测Ni、Cu等元素的扩散深度，评估长期可靠性。

2、参考标准

MIL-STD-883H：微电子器件键合强度测试方法。

IPC-J-STD-002D：焊接电气和电子元件引线的可焊性测试。

DOD-STD-2000-1B：镀金层厚度与焊接工艺规范。

二、测试设备与材料

1、仪器设备

Alpha W260推拉力测试机

多轴运动控制：X/Y/Z三轴精密定位

智能测试软件：支持自动测试、数据统计和CPK分析

仪器配备专用键合拉力测试夹具，可实现对键合线的非破坏性和破坏性测试。

高精度光学定位系统，确保测试位置准确性。

辅助设备：等离子清洗机、高温烘箱、SEM/EDS分析仪。

2、测试材料

基板类型：

ENEPIG基板：Ni（5μm）/Pd（0.1μm）/Au（0.03μm）。

ENIG基板（对比组）：Ni（5μm）/Au（1μm）。

键合丝：直径25μm高纯金丝（纯度≥99.99%）。

三、测试流程

步骤一、样品制备

1、键合工艺：

使用全自动键合机，参数统一（超声功率40kHz、压力0.5N、时间20ms）。

每类基板键合50根金丝，确保弧度与长度一致。

2、加速老化试验：

分组烘焙：300℃/1h、300℃/8h，模拟长期高温服役环境。

步骤二、力学性能测试

1、破坏性拉力测试：

测试点：键合丝弧顶（图2）。

速度：0.5mm/s，记录断裂力及失效模式（颈缩或界面脱落）。

第一键合点剪切力测试：

剪切工具：50μm宽平头刀片，速度100μm/s。

记录剪切力及焊盘金残留面积（图7）。

步骤三、失效分析

切片与SEM/EDS：

垂直切割键合点，抛光后观察界面形貌。

扫描Ni、Cu元素扩散路径（图10-14）。

粗糙度检测：白光干涉仪测量焊盘表面Ra值。

步骤四、结果与讨论

1、力学数据对比

2、可靠性结论

ENEPIG键合强度：初始剪切力略低于ENIG，但高温扩散后强度提升（Ni扩散增强界面结合）。

长期可靠性：Ni/Cu扩散深度可控（<10μm），无分层风险，满足高可靠需求。

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审核编辑 黄宇