一文讀懂鍵合引線應(yīng)力-應(yīng)變特性：如何提升半導(dǎo)體封裝可靠性？

一文讀懂鍵合引線應(yīng)力-應(yīng)變特性：如何提升半導(dǎo)體封裝可靠性？

在半導(dǎo)體封裝工藝中，鍵合引線（鍵合絲）是連接芯片焊盤與封裝引腳的關(guān)鍵部件，其力學(xué)性能直接決定了封裝的可靠性與使用壽命。鍵合絲的應(yīng)力-應(yīng)變特性是評(píng)估鍵合引線力學(xué)性能、優(yōu)化鍵合工藝、管控產(chǎn)品質(zhì)量的可靠依據(jù)。本文科準(zhǔn)測控小編將結(jié)合ASTM F219國際標(biāo)準(zhǔn)，為您深度拆解鍵合引線的應(yīng)力-應(yīng)變曲線原理、不同狀態(tài)引線性能差異，以及其在半導(dǎo)體封裝中的實(shí)際應(yīng)用，為您提供專業(yè)、全面的技術(shù)科普。

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1. 什么是鍵合引線？

鍵合引線（也稱鍵合絲、鍵合線），是半導(dǎo)體封裝中用于實(shí)現(xiàn)芯片與外部電路電氣連接的超細(xì)金屬絲，主流材質(zhì)為金線（Au絲）、鋁線（Al絲），部分會(huì)使用銅線（Cu絲）。這類引線通常直徑幾十微米，但卻需要在封裝、運(yùn)輸、使用過程中承受熱脹冷縮、機(jī)械震動(dòng)、應(yīng)力沖擊等多重考驗(yàn)，其性能穩(wěn)定性是芯片正常工作的前提。

二、鍵合引線管控指標(biāo)

1. 延伸率：指引線在被拉斷前，可承受的最大伸長比例，用以衡量引線的延展性和塑性。

2. 拉斷力：指將引線拉斷所需最大拉力。

除了這兩個(gè)顯性指標(biāo)，還有多項(xiàng)隱性性能會(huì)直接影響鍵合工藝效果，包括材料一致性、表面光潔度、硬度、晶體結(jié)構(gòu)、熱處理狀態(tài)等。

三、應(yīng)力-應(yīng)變曲線

鍵合引線的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，是通過標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)獲得的，反映引線力學(xué)性能的圖譜，其測試依據(jù)為ASTM F219國際標(biāo)準(zhǔn)：取長度25.4cm（10in）的引線進(jìn)行持續(xù)拉伸，同步記錄拉力（應(yīng)力）與伸長量（應(yīng)變），最終生成應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

兩種不同硬度狀態(tài)的AI鍵合引線典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖

縱軸（應(yīng)力軸）：代表施加在引線上的拉力，常用單位為gms（克力）或mN（毫牛）；

橫軸（應(yīng)變軸）：代表引線的伸長比例（延伸率），單位為%，反映引線對拉應(yīng)力的變形響應(yīng)。

四、應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖解釋

由上圖可見，兩條曲線結(jié)構(gòu)一致。

區(qū)域1（點(diǎn)2之前）是彈性變形區(qū)：此區(qū)域內(nèi)，引線的應(yīng)力與應(yīng)變呈嚴(yán)格的正比例關(guān)系，符合胡克定律。施加拉力時(shí)引線伸長，撤去拉力后引線可完全恢復(fù)原狀，無永久變形。

點(diǎn)2為比例極限/彈性極限：是彈性變形與塑性變形的分界點(diǎn)，超過該點(diǎn)后，引線將產(chǎn)生不可逆的永久變形。

區(qū)域3（點(diǎn)2~點(diǎn)4之間）是塑性變形區(qū)：超過彈性極限后，引線進(jìn)入塑性變形階段，此時(shí)即使撤去拉力，引線也會(huì)保持永久伸長，無法恢復(fù)原狀。

曲線A（退火態(tài)）塑性區(qū)極長，說明其延展性極佳，可承受大變形

曲線B（應(yīng)力消除態(tài)）塑性區(qū)極短，僅能承受極小變形，符合硬態(tài)引線的特性。

點(diǎn)4是斷裂點(diǎn)（拉斷力）：引線被拉斷的瞬間，對應(yīng)縱軸的數(shù)值為引線的拉斷力，橫軸的數(shù)值為引線的斷裂延伸率，是評(píng)估引線力學(xué)性能的最終指標(biāo)。

五、鍵合引線應(yīng)力-應(yīng)變特性在半導(dǎo)體封裝中的實(shí)際應(yīng)用

鍵合引線的應(yīng)力-應(yīng)變特性主要應(yīng)用場景包括：鍵合絲原材料的質(zhì)量管控、鍵合工藝參數(shù)優(yōu)化、非破壞性拉力測試（NDPT）以及封裝可靠性設(shè)計(jì)。

六、ASTM F219標(biāo)準(zhǔn)：鍵合引線拉伸測試的行業(yè)規(guī)范

ASTM F219是鍵合引線拉伸測試全球通用標(biāo)準(zhǔn)，明確了測試的樣品制備、試驗(yàn)條件、數(shù)據(jù)計(jì)算、結(jié)果判定等全流程要求，確保不同廠商、不同實(shí)驗(yàn)室測試結(jié)果具有可比性，是鍵合絲研發(fā)、生產(chǎn)、驗(yàn)收的核心技術(shù)規(guī)范。該標(biāo)準(zhǔn)的核心要求包括：樣品長度、測試環(huán)境、數(shù)據(jù)記錄、指標(biāo)計(jì)算等。

以上就是科準(zhǔn)測控小編關(guān)于鍵合引線應(yīng)力應(yīng)變特性的相關(guān)介紹了，希望對您有幫助，如果您對半導(dǎo)體封裝種的鍵合絲生產(chǎn)或鍵合絲力學(xué)測試設(shè)備（如拉力試驗(yàn)機(jī)，推拉力測試機(jī)），ASTM F219標(biāo)準(zhǔn)等有疑問或需求，歡迎關(guān)注并私信我們，科準(zhǔn)測控技術(shù)團(tuán)隊(duì)將為您提供專業(yè)定制化方案。