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GB／T 4937.22-2018 半导体器件 机械和气候试验方法 第22部分：键合强度简介：

GB/T 4937.22-2018 是中国国家标准中关于半导体器件机械和气候试验方法的其中一部分，具体是关于键合强度的测试方法。键合强度是衡量半导体器件内部或外部连接的坚固程度的重要指标，对于保证电子设备的稳定运行至关重要。

这个标准详细规定了如何进行键合强度的测试，包括但不限于以下几点：

1. 试验样品的准备：明确样品的选取、处理和测试区域的选择。 2. 试验设备：定义了用于测试的设备要求，如拉力机等。 3. 试验条件：包括温度、湿度等环境条件，以及测试速度等操作条件。 4. 数据处理和结果判断：规定了如何计算和解释试验结果，以判定键合强度是否达到要求。

这个标准的实施有助于确保半导体器件的质量，对于半导体器件的制造、检验和使用具有重要的指导意义。同时，也有助于提高中国半导体行业的整体技术水平，推动行业的健康发展。

GB／T 4937.22-2018 半导体器件 机械和气候试验方法 第22部分：键合强度部分内容预览：

半导体器件机械和气候试验方法

规定了7种试验方法，每种试验方法目的不同，分别如下： 方法A和方法B：通过对内引线直接施加拉力来测试器件内部的键合强度； 方法C：用于器件外部的键合，在引线或引出端与布线板或基底之间施加拉脱应力； 方法D：用于内部键合，在芯片和基底之间或对类似的面键合结构施加剪切应力； 方法E和方法F：用于外部键合，在芯片和基底之间施加推开应力或拉开应力； 方法G：用于测试引线键合抗剪切力的强度

1.2试验装置（适用于所有方法）

试验装置应包括按规定的试验方法要求DB2301∕T 56-2019 哈尔滨既有小区供水设施改造技术导则，在键合点、引线或引出端上施加规定应力的设备。该设备 能对失效时施加的应力（以N为单位）提供经过校准的测量和指示。该设备测量100mN以内的力（包 括100mN)应具有土2.5mN的精度，测量100mN到500mN之间的力应具有土5mN的精度，测量超 过500mN的力，应具有指示值的土2.5%的精度

切断连接芯片或基底的引线，以便两端都能进行拉力试验。在引线较短的情况下，要靠近某一端切 断引线，以便在另一端进行拉力试验。对针脚式键合，使用适当的装置固定引线，然后对引线或夹紧引 线的装置施加拉力.拉力与芯片或基底表面的夹角不超过5°

在连接芯片或基底和引出端 加拉力。尽量在引线 中央施加拉力，拉力与芯片或基底表面法线 合点间连线的垂线的夹角不大于5°

2.2.3施加的力（适用于方法A和方法B)

逐渐施加拉力到引线或键合点开裂[2.2.4中的a)，或达到规定的最小拉力2.2.4中的b)

失效判据规定如下： a 记录引线或键合点开裂时的拉力值，并与表2中给出的值进行比较，以确定是否可接收。如果 表2中没有对应的引线直径，应使用图3中的曲线来确定键合拉力的极限值。该曲线仅适用 于键合拉力垂直于芯片的情况。 b）逐渐施加拉力到规定的最小值。如果引线和键合点都没有开裂，则认为该键合合格， 注：方法B可依据附录A中提供的信息修正拉力值

当有规定时，引线或键合点的开裂分类如下： 引线在颈缩点断开（由于键合工艺引起截面减小的位置）； 引线在非颈缩点断开； 芯片上的键合（引线和金属化层之间的界面）失效： 基底、封装接线柱或非芯片位置上的键合（引线和金属化层之间的界面)失效； e） 金属化层从芯片翘起； 金属化层从基底或封装接线柱翘起； 芯片破裂； h） 基底破裂。 注：方法B不建议用来测量键合强度的绝对值（见附录A)。但该方法可用作生产过程中的键合质量监控

本方法通常用于器件封装的外部键合

固定引线或引出端以及器件封装，在引线或引出端和布线板或基底之间以某一角度施加拉力。 其他规定，该角度为90

逐渐施加拉力到引线（或引出端）或键合点开

3.4.1记录键合点开裂时的拉力值，并与表2中给出的值进行比较，以确定是否可接收。如果表2中没 有对应的引线直径，应使用图3中的曲线来确定键合拉力的极限值。该曲线仅适用于键合拉力垂直于 布线板或基座的情况。逐渐施加拉力到规定的最小值，只有键合点本身首先失效，试验结果才有效。只 有键合点本身开裂才可视作失效。 3.4.2逐渐施加拉力到规定的最小值。如果引线（或引出端）和键合点都没有开裂，则认为该键合 合格。

当有规定时，应对引线或引出端或键合点的开裂分类如下

引线或引出端在变形区开裂（焊接影响区）； b 引线或引出端在非键合工艺影响区开裂； 键合界面处失效（在焊料中，或在引线或引出端和与之键合的布线板或基底导电层之间的焊接 界面）； d） 导电层从布线板或基底上翘起； e）布线板或基底内部破裂

4方法D键合剪切（用于倒装焊）

使用适当的工具或劈与芯片（或载体）在恰好位于主基底上方的位置接触，在垂直于 体）的一边并平行于主基底的方向上施加应力，由剪切应力导致键合失效，

小应力（见4.4.2）

4.4.1记录键合失效时的应力值，以确定是否可接收。应力应不小于50mN乘以键合点数。施加应力 时，只有键合点本身首先失效，试验结果才有效。只有键合点本身开裂才可视作失效。 4.4.2按另一种方法，应力增加到50mN乘以键合点的数量。如果键合点和基底或芯片都没有开裂， 则可认为键合合格

当有规定时，失效应分类如下： 适用时，键合材料或键合基座的失效； b 芯片（或载体)或基底破裂（即，紧靠键合点下方的部分芯片或基底发生移动）： c 金属化层翘起（即，金属化层或键合基座与芯片/载体或基底分离）。

法E：推开试验和方法I

本方法用于梁式引线的器件。 方法E通常用于工艺控制，用于半导体芯片键合到特定基底上的样品，因此，不适用于生产批或检 验批中的随机抽样， 方法F通常用于键合在陶瓷基底或其他适用的基底上的梁式引线样品

采用带孔的金属化基底。孔应接近基底中心且足够大，从而为推开工具提供间隙，但不能大到影

键合区。推开工具应足够大，以使试验期间的器件破裂减到最小，但不能大到与固定在键合区中的梁式 引线接触。 牢固地固定基底，通过小孔插人推开工具。推开工具与器件接触时不应产生明显的冲击（小于 0.25mm/min)。以恒定速率对键合器件的下侧施力.达到5.5中规定的值或出现失效

经校准的拉开设备应包括一个拉开工具（例如：镍铬铁合金线的电热环），它与式引线芯片上面的 硬质凝固粘附材料（例如：热敏聚醋酸乙烯脂树脂胶)相连。应确保粘附材料不会蔓延到染下或芯片底 部。把基底牢固地固定在拉开夹具中，拉开工具应与粘附材料保持固定的机械连接。在器件法线5°内 对其逐渐增加应力.至少达到5.5中规定的值或芯片上表面离开基底2.5mm为止

5.4方法E和方法F的失效判据

失效判据规定如下： 半导体芯片破裂； b) 梁式引线从键合点翘起； c) 梁式引线在键合处破裂； d) 梁式引线在半导体芯片边缘处破裂： e) 梁式引线在键合点和半导体芯片边缘之间破裂； f) 键合点从基底上翘起： g 金属化层翘起（金属化层与芯片或键合区分离）

失效判据规定如下： a）半导体芯片破裂； b) 梁式引线从键合点翘起； C) 梁式引线在键合处破裂； d) 梁式引线在半导体芯片边缘处破裂； e) 梁式引线在键合点和半导体芯片边缘之间破裂； f) 键合点从基底上翘起； g) 金属化层翘起（金属化层与芯片或键合区分离）

5.5施加的力适用于方法E和方法F

对非变形（键合前）的标称梁宽，每毫米（直线）施加500mN的力。键合强度应以断裂应力除以 前的标称梁宽来确定

6方法G.引线球剪切试验

方法G.引线球剪切试验

键合剪切是用一个凿子状的工具把一个球形或楔形键合点从键合区剪切或推开（见图1）。记录分 离时的力作为键合剪切力。如果金球键合的键合剪切力与键合球直径相关，可以指示金球键合点与键 合区金属化层之间的冶金键合质量，如图2和表1中所示。铝楔形键合的键合剪切力，与承制方的金属 丝拉力强度比较，可以指示铝丝和键合区金属化层之间焊接的完整性， 球形键合包括变大的球面或引线的钉头部分（在热压焊或超声焊或二者的热焰熄灭和首次键合操 作中得到），基础键合区和球形键合的键合区界面或焊接面。 这些试验方法都是小直径引线（从18um～76um）的球形键合，通常用在集成电路和混合微电子 组件中。只有当球的高度和直径足够大，并且与相邻有影响的结构有足够的距离，允许清除键合球周边

的区域，以便剪切试验工具在相邻键合点之间放置。 该方法是破坏性的。适用于工艺研发，或有合适抽样方案的工艺控制或质量保证

剪切模式定义（见图1）definitionof shear

）模式5a剪切工具过高

剪切工具或剪切臂sheartoolorarm

底部和背部有一定角度的碳化钨劈刀或等效工具，可以保证剪 切面DB37∕T 5131-2019 济南市区岩土工程勘察地层层序划分标准，锋利的剪切刀口，宽度是1.5倍到2倍的键合直径或键合 设计的剪切工具应确保在试验期间不发生波浪运动或拖查运 剪切试验的缺陷。 ? 热超声金（Au）球形键合thermosonicgold（Au）ballbond 用热超声金属丝键合工艺完成的金球键合。 超声铝（）楔形键合ultrasonicaluminium（）wedgebond 用超声金属丝键合工艺完成的铝楔形键合或焊接

）模式5h剪切工具过低

底部和背部有一定角度的碳化钨劈刀或等效工具，可以保证剪切运动。剪切工具至少应有扁平 切面，锋利的剪切刀口，宽度是1.5倍到2倍的键合直径或键合长度的剪切面。 设计的剪切工具应确保在试验期间不发生波浪运动或拖查运动。工具应干净，没有缺口或其他 剪切试验的缺陷

热超声金（Au）球形键合thermosonicgold（Au）ballbond 用热超声金属丝键合工艺完成的金球键合。 6.3.4 超声铝（）楔形键合ultrasonicaluminium（Al）wedgebo 用超声金属丝键合工艺完成的铝楔形键合或焊接

引线球键合剪切试验使用的设备须具有如下能力： 球形键合剪切试验设备能够在基底上方精确地定位剪切臂（土2.54um），配备变焦显微镜（最 小放大倍数70X）。 b 设计的剪切工具应确保在试验期间不发生波浪运动或拖查运动。工具应干净，没有缺口或其 他影响剪切试验的缺陷。 在试验期间，夹具应能在水平方向固定并垂直于剪切工具，并应有足够的夹紧力确保样品 安全。 d） 球形键合剪切试验设备能够在基底上方精确地定位剪切臂（士2.54um）。其距键合面顶部的 距离应确保剪切工具不会触碰到芯片的表面，并且小于键合面顶部到球形或楔形键合点中心 线的距离。 e 能够测量键合直径（误差在土2.5um之内）的光学显微镜/测量设备

在键合剪切试验前《消防应急照明和疏散指示系统技术标准 GB51309-2018》，应确保设备已按照承制方的说明书进行了校准，并在校准有效期内。如果设备 放置位置改变.需重新校准