AEC-Q100文件，是芯片開展車規等級驗證的重要標準和指導文件，本文將重點對C組的第1項WBS-Wire Bond Shear綁線剪切項目進行介紹。
AEC Q100 表2 C組驗證內容
Wire Bond Shear - WBS 綁線剪切
我們先看一下表格中內容的含義。
表格中信息介紹和解讀
表格中的信息給出，WBS的分類是C1，Notes中包含了H、P、D、G也就是說要求密封器件、塑封器件、破壞性測試、承認通用數據。
需求的樣品數量是至少5顆樣品，每個樣品選擇30根線。
接受標準是CPK≥1.67；
參考文件是AEC Q100-001和AEC Q003；
附加需求：
在適當的時間間隔內完成對每個綁線點的驗證
我們先看一下AEC Q100-001這個附件的內容：
AEC Q100-001-REV-C WIRE BOND SHEAR TEST 介紹
適用范圍
該測試建立了一個流程，用于確定在預封裝或后封裝器件上，金球鍵合和封裝鍵合表面之間的界面強度，或鋁楔/縫鍵合和封裝鍵合表面之間的界面強度。這種強度測量對于確定兩個特征非常重要:
1)已形成的冶金鍵的完整性。
2)金鋁絲粘結到芯片或封裝粘結表面的可靠性。
這種測試方法只能在以下情況使用: 球鍵的球高和直徑，或楔形/縫形鍵的線高(1.25mils或大于壓縮鍵合區)足夠大，相鄰干擾結構要足夠遠，允許進行線鍵剪切測試時適當的位置和間隙(例如，在鍵合表面以上和相鄰鍵之間的空隙)。
鍵合剪切試驗具有破壞性。它適用于工藝開發、工藝監控或質量保證。
定義
鍵合剪切
一種測試工藝，儀器使用鑿子形狀的工具將球或楔形/針腳鍵合剪切或推離粘結表面(見圖1)。造成這種分離所需的力被記錄下來，稱為鍵合剪切強度。金球鍵的鍵合剪切強度與鍵合直徑相關時，是金球鍵合與芯片鍵合表面金屬化之間的冶金鍵合質量的一個指標。與制造商的鍵合絲抗拉強度相比，鋁楔/針合鍵合的鍵合剪切強度是鋁絲與模具或封裝鍵合表面之間焊縫完整性的一個指標。
圖1 鍵合剪切實驗的搭建
工具與材料
檢測設備
一種光學顯微鏡系統或掃描電子顯微鏡，可提供至少30倍的放大倍率。
測量設備
一種光學顯微鏡或測量系統，能夠測量線鍵直徑誤差在±0.1 mil以內。
工裝夾具
夾具用于保持被測器件平行于剪切平面和垂直于剪切工具。在綁線鍵合剪切測試過程中，夾具也應消除器件移動。如果使用卡鉗控制的工作支架，放置支架使剪切運動與卡鉗的正止點相反。這是為了確保卡鉗控制的工作支架的后坐力運動不影響綁線鍵合剪切試驗。
綁線鍵合剪切設備
綁線鍵合剪切設備必須能夠精確地將剪切工具放置在鍵合表面最頂部約0.1mil上。這個距離(h)應確保剪切工具不接觸Die或封裝鍵合面，并應小于鍵合面最頂部到球或楔/針鍵合的中心線(CL)的距離。
鍵合剪切工具
所需剪切工具參數包括但不限于:剪面平坦，剪刃鋒利，剪切寬度為鍵合直徑或鍵合長度的1.5 ~ 2倍(1.5 x ~ 2X)。剪切工具的設計應防止在綁線鍵合剪切測試過程中犁耕和拖曳。剪切工具應該干凈、沒有的碎屑引發的可能干擾綁線鍵合剪切試驗(或其他缺陷)。
實驗流程
1 校準
在進行綁線粘結剪切試驗之前，必須確定設備已經按照制造商的規范進行了校準，并且目前正在校準期限中。
如果設備被移動到另一個位置，則需要重新校準。
2 解封裝（開蓋）后待剪線鍵的目視檢查
在對已使用濕化學和/或干蝕刻技術打開的器件進行綁線鍵合剪切測試之前，應檢查鍵合表面，以確保不存在由于化學蝕刻導致的鍵合表面積金屬化的缺失。由于化學腐蝕或沒有金屬化而有退化跡象的鍵合表面上的球或楔形/針狀鍵合，不得用于線鍵合剪切測試。
由于其他原因(如封裝應力)，未因化學腐蝕而降解的鍵合表面上的綁線鍵合不能附著在鍵合表面上。這些綁線鍵合被認為是有效的，應作為零(0)克值包含在剪切數據中。在進行線鍵剪切試驗時，還必須檢查線鍵，以確保相鄰的干擾結構足夠遠，以允許適當的位置和間隙(在鍵合表面以上和相鄰的線鍵之間)。
3 測量球鍵直徑確定球鍵失效準則
一旦完成粘結表面進行了檢查，在進行綁線鍵合剪切試驗之前，應測量并記錄所有球鍵的直徑(至少一個待測代表性樣品)。對于不對稱球鍵，使用最大直徑(d large)和最小直徑(d small)值確定平均值(見圖2)。這些球鍵直徑測量應使用，以確定平均直徑值。得到的球鍵直徑的平均值應用于建立4.1節中定義的失效標準。如果過程監測數據已經確定了標稱球鍵直徑，那么可以使用該值來確定4.1節中定義的失效標準。
圖2 球鍵直徑的測量方法
4 綁線粘結剪切試驗流程
綁線粘結剪切試驗流程應按以下步驟執行:
a.在進行綁線結合剪切試驗之前，線鍵剪切設備應通過所有的自我診斷測試。
b.綁線粘接剪切設備和試驗區應無過度振動或移動。
檢查剪切工具，確保其狀態良好，沒有彎曲或損壞。檢查剪切工具，確保它在向上的位置。
c.調整工裝夾具，使其與被測器件相匹配。將器件固定在支架上。
確保Die或封裝的粘接面與剪切工具的剪切面平行。
重要的是，在剪切操作過程中，剪切工具不要接觸鍵合面或相鄰結構，因為這會給出不正確的高額讀數。
d.定位設備，使待測綁線鍵合處靠近剪切工具。
降低剪切工具(或根據所使用的線鍵剪切設備提高器件)，使其接近Die或封裝鍵合表面，但不要接觸表面(大約是Die或封裝鍵合表面上線鍵合的厚度)。
e.對于球鍵剪切測試，定位待測球鍵，使剪切運動垂直于模具邊緣。綁線鍵合剪切測試只需要對位于Die鍵合表面界面的球鍵合進行測試。
f.對于鋁楔/針式鍵合剪切測試，壓縮鍵合區域的線高要求為1.25 mils及以上。對于太小而不能進行鍵合剪切測試的導線(壓縮鍵合區域的高度小于1.25 mils)，只需要進行引腳檢查(見第3.6節)。放置待測試的楔形/針縫鍵，使剪切運動向楔形/針縫鍵的長邊移動，且不受任何干擾(即先剪切外部楔形/針縫鍵，然后剪切先前剪切的楔形/針縫鍵)。對于位于Die和封裝連接表面的鋁楔/縫鍵，需要進行線鍵剪切測試;金楔/針縫鍵不需要進行線鍵剪切測試。
g.將剪切工具放置在距離要剪切測試的線鍵大約一個球鍵直徑的距離(或一個鋁線直徑的楔形/針縫鍵)，并剪切線鍵。
5 綁線鍵合剪切的檢驗
所有綁線鍵合應按計劃/定義的順序剪切，以便稍后的目視檢查可以確定哪些剪切值應由于剪切不當而消除。應使用至少30倍的放大倍率顯微鏡檢查線鍵合，以確定剪切工具是否跳過了線鍵合(類型5)或剪切工具刮入或犁入模具表面(類型4)。參見圖3鍵合剪切類型和插圖。
發生鍵合剪切4或5型缺陷剪切條件的讀數應從剪切數據中剔除。粘結剪切類型1、2、3和6應被認為是可接受的，并包括在剪切數據中。
發生鍵合剪切3型彈坑情況的剪切鋼絲鍵合應進一步調查，以確定開裂和/或彈坑是由于綁線鍵合過程還是由于綁線鍵合剪切測試行為。在綁線鍵合剪切試驗操作前造成的彈坑是不可接受的。由綁線粘結劑剪切試驗產生的彈坑應被認為是可接受的，并包括在剪切數據中。
表3 綁線鍵合剪切類型
6 鋁楔/縫型鍵的引腳檢查
a.所有與Die和封裝連接表面的鋁線連接工藝都應進行連接引腳檢查。
b.對于線鍵剪切測試太小的線(壓縮鍵區高度小于1.25mils)，應使用鋒利的小刀片從鍵合表面剝離或拔下楔形/針狀鍵合位置的線鍵。鋁絲的去除應足夠，以便能直觀地檢查金屬絲的粘結界面，并確定冶金絲的粘結面積。
c.對于較大的線材(在壓縮鍵合區域高度大于1.25 mils)，應在線材鍵合剪切測試后對線材進行檢查，以檢查失效模式并確定楔形/針狀鍵合覆蓋范圍。
7 鍵合剪切數據
應保存剪斷的每根線鍵的數據。數據應確定綁線鍵合(位置、球鍵合和/或線材直徑、線材、鍵合方法和鍵合材料)、剪切強度和鍵合剪切類型(定義見1.3.4節和圖3)。
失效標準
以下故障標準不適用于已進行環境壓力測試或已從電路板上脫落的器件。
1 金球鍵合失效準則
如果最小單個和樣本平均球鍵剪切值大于或等于圖4和表1中規定的值，則應認為產品上的金球鍵可以接受。
本標準適用于鋁合金表面的金絲球鍵。其他材料組合可能需要一套新的失效標準。
如果有數據支持，供應商可以提出備選的最小球鍵剪切值。
4.2 鋁楔/縫式鍵合失效標準
如果最小剪切值大于或等于制造商的鍵合絲抗拉強度，則應認為器件上的鋁楔/針縫鍵合可以接受。
此外，楔形/縫形鍵合面積中鍵合引腳面積的百分比應大于或等于50%。如果有必要使用SPC控制線鍵合過程的百分比覆蓋率，Cpk值可以計算到這個限制。
圖4:可接受的最小個體和樣本平均球鍵剪切值*，精確球鍵剪切值見表1 *
表1:最小可接受個體和樣本平均球鍵剪切值*
本文對AEC-Q100 C組的第1項內容WBS 綁線鍵合剪切項目進行了介紹和解讀，希望對大家有所幫助。
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