引線鍵合廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備、半導(dǎo)體行業(yè)和微電子行業(yè)。它使芯片與集成電路 (IC) 中的其他電子元件(如晶體管和電阻器)之間實現(xiàn)互連。引線鍵合可在芯片的鍵合焊盤與封裝基板或另一芯片上的相應(yīng)焊盤之間建立電氣連接。
半導(dǎo)體和電子制造市場正在不斷擴大。最近的一份報告預(yù)測，到 2032 年，半導(dǎo)體市場的價值將增長到超過 20625.9 億美元。隨著需求的不斷增長，測試引線鍵合的重要性也隨之增加。這些連接對于將半導(dǎo)體芯片連接到封裝引線或基板至關(guān)重要。這些鍵合中的任何缺陷都可能導(dǎo)致斷路或短路等問題，嚴重影響設(shè)備功能。因此，測試引線鍵合不僅是為了確保可靠性和降低生產(chǎn)成本，也是為了保證符合行業(yè)標準。
以下是影響引線鍵合的一些常見缺陷：
· 電線下垂：當電線在張力下拉伸或下垂時發(fā)生，導(dǎo)致接觸不足和電氣性能受損。
· 線偏移：這指的是在鍵合過程中線的橫向移動，導(dǎo)致錯位和隨后的不可靠連接。
· 形成環(huán)路：無意的多余導(dǎo)線可能會導(dǎo)致形成環(huán)路，從而對鍵合質(zhì)量和器件功能產(chǎn)生不利影響。
· 電線短路：這是一種嚴重缺陷，兩根電線發(fā)生意外電接觸，可能導(dǎo)致電路故障甚至設(shè)備完全故障。
· 線路斷路：是指應(yīng)與焊盤電連接的線路斷開的缺陷，從而造成開路并破壞設(shè)備的功能。
測試方法概述
測試引線鍵合缺陷最廣泛采用的方法是使用自動X射線檢測(AXI)的光學/X射線檢測和使用自動測試設(shè)備(ATE)的電氣測試方法。
AXI 使用 X 射線穿透并捕獲引線鍵合的詳細圖像，檢測隱藏的缺陷，例如異物、空隙和密封問題。它是一種非破壞性技術(shù)，非常適合檢查復(fù)雜的組件。然而，它速度慢、成本高，而且存在輻射安全問題。
另一方面，ATE 測試引線鍵合的電氣特性，識別諸如開路、短路和性能下降等問題。它速度快、一致性高且可編程，非常適合大批量生產(chǎn)，但可能無法檢測結(jié)構(gòu)和機械缺陷。
除了電氣和光學測試方法外，還可以采用其他技術(shù)來評估引線鍵合。例如，引線和鍵合拉力測試可以測量引線鍵合或帶狀鍵合的抗拉強度，球剪切測試可以分析球鍵合，熱循環(huán)可以通過將它們置于不同的溫度下來評估耐久性，而應(yīng)力測試可以評估引線鍵合的耐熱性和隨時間變化的機械應(yīng)力。
電容測試是一種新方法，利用金屬表面(例如引線鍵合)和金屬板(也稱為 IC 上方的傳感器板)之間的耦合特性。此設(shè)置有效地將 IC 的每個引腳和引線鍵合轉(zhuǎn)換為電容器的導(dǎo)電板。它允許檢測以前傳統(tǒng) ATE 和 X 射線方法無法發(fā)現(xiàn)的缺陷，例如引線鍵合和內(nèi)引線之間的“近短路”以及垂直下垂的導(dǎo)線。此外，電容測試可以識別諸如不正確的模具和模具化合物之類的問題。
電容測試原理
使用電容耦合方法檢測引線鍵合缺陷的原理相對簡單。這種方法涉及通過共享電場而不是直接電連接在兩個導(dǎo)體之間傳輸電能。這允許未通過電線物理連接的組件之間進行通信或信號傳輸。
此概念可應(yīng)用于引線鍵合測試，通過測量兩個導(dǎo)電表面之間的電容：引線鍵合區(qū)域上方的電容結(jié)構(gòu)和與引線鍵合相關(guān)的導(dǎo)電路徑。通過分析導(dǎo)電表面的電容響應(yīng)，可以評估封裝 IC 內(nèi)引線鍵合的狀況和位置。
如圖 1 所示，無矢量測試增強型探針 (VTEP) 就是實現(xiàn)此類測試的一個示例。該探針采用先進的電容和電感傳感技術(shù)來檢測和測量印刷電路板 (PCB) 上組件和互連的電氣特性。與需要詳細輸入輸出矢量的傳統(tǒng)測試方法不同，該技術(shù)無需這些矢量即可運行，并提供出色的信噪比特性。
圖 1：Keysight 非矢量測試增強探頭 (VTEP)
如下圖 2 所示，該解決方案利用先進的電容和電感傳感技術(shù)來檢測和測量引線鍵合電容值。此過程涉及通過保護針將刺激注入引線框架，然后傳輸?shù)揭€鍵合。當放大器接觸到傳感器板(在本例中為電容結(jié)構(gòu))時，它會完成電路并拾取耦合響應(yīng)。
圖 2：使用 VTEP 的四方扁平封裝 (QFP) 引線鍵合測試裝置的橫截面視圖
通過這種方法，電氣結(jié)構(gòu)測試儀 (EST) 利用先進的電容和電感傳感技術(shù)以及部件平均測試 (PAT) 統(tǒng)計算法，從一組已知良好的單元中學習基線引線鍵合測試。這使用戶能夠?qū)⑷魏我€鍵合變化捕獲為異常值，例如下圖 3 中測試儀捕獲的近短路缺陷。
圖 3：使用 s8050 EST 捕獲并在 X 射線下驗證的“近短路”缺陷
電容式測試的優(yōu)點和局限性
電容測試方法對于外圍引線排列封裝特別有效，因為引線位于同一側(cè)或圍繞 IC。常見示例包括雙列直插式封裝 (DIP) 和四方扁平封裝 (QFP)。在這些封裝中，所有引線都彼此相鄰或圍繞 IC 封裝的周邊。這些封裝導(dǎo)致單層引線鍵合排列在芯片周圍，而不是堆疊在一起。這種配置使得測量電容耦合信號以確定引線鍵合的物理位置相對容易且精確。
然而，由于技術(shù)進步和 IC 復(fù)雜性的增加，出現(xiàn)了更先進的封裝類型，例如涉及多層引線堆疊的球柵陣列 (BGA)。這種先進的方法由于引線鍵合的排列更復(fù)雜(如下圖 4 所示)，給電容耦合信號的測量帶來了額外的挑戰(zhàn)。
圖 4：球柵陣列 (BGA) 封裝的頂視圖
電容耦合方法可能不適合這些先進類型的 IC 封裝。例如，BGA 將其引線鍵合焊盤排列在芯片周圍和 PCB 上的同心環(huán)中，從而產(chǎn)生多個重疊的導(dǎo)線層。這種配置使測量電容耦合信號更具挑戰(zhàn)性，因為它會影響強度和信噪比，如圖 5 所示。
圖 5：多條導(dǎo)線相互重疊的 BGA 封裝橫截面圖
因此，在選擇電容耦合測試方法之前，考慮引線鍵合的排列非常重要。具有復(fù)雜引線鍵合排列的先進封裝類型可能需要替代測試方法來確保測量準確和缺陷的可靠檢測。
微電子領(lǐng)域的轉(zhuǎn)換引線鍵合缺陷篩選
引線鍵合是微電子技術(shù)中的關(guān)鍵，隨著市場增長預(yù)測的飆升，對高效測試方法的需求比以往任何時候都要大。雖然傳統(tǒng)的 AXI 和 ATE 系統(tǒng)提供了有價值的見解，但它們也存在很大的局限性。IC 中會出現(xiàn)不同類型的引線鍵合變形缺陷，并且有各種系統(tǒng)可以針對每種缺陷進行處理。
ATE 系統(tǒng)可以輕松檢測電氣缺陷，例如開路、短路和線路缺失。這些系統(tǒng)非常適合高產(chǎn)量環(huán)境。但是，它們只能測試電氣缺陷，無法檢測其他問題，例如多余或雜散的線路、近乎短路的下垂或掃線。因此，在 ATE 測試期間，IC 可能看起來功能齊全，但實際上可能并非如此。
相比之下，AXI 可以檢測所有引線鍵合缺陷。但是，這種方法需要人工目視檢查，這需要大量勞動力，而且容易出現(xiàn)人為錯誤。在高產(chǎn)量環(huán)境中篩查每一批 IC 封裝也是不切實際的，因為這會造成瓶頸。相反，只能隨機篩查少量樣本，這限制了 AXI 進行全面缺陷檢測的有效性。
電容式測試解決了這兩個難題。這項先進技術(shù)能夠檢測出傳統(tǒng) ATE 和 X 射線系統(tǒng)以前無法發(fā)現(xiàn)的缺陷，包括引線鍵合和內(nèi)部引線之間的“近短路”以及垂直下垂的引線。此外，它還可以識別諸如不正確的模具和模具化合物等問題，從而擴展其診斷能力。
當與 PAT 統(tǒng)計分析相結(jié)合時，此類測試可以輕松檢測電氣和非電氣缺陷，具有高測試吞吐量，并可應(yīng)對高生產(chǎn)節(jié)拍率。
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