在半导体器件的生产与鉴定检验中，键合拉力试验对于评估键合工艺的质量和稳定性至关重要。随着铜线键合工艺因成本优势而广泛应用，对其键合强度的严格监测和考核成为必要。本文将从拉力施加位置、失效模式分类、拉力值以及试验结果的应用等四个方面，对国内外铜线键合拉力试验方法标准进行深入对比分析，并为国内试验方法的修订提出建议。
键合拉力试验方法标准现状
半导体器件通过引线键合实现芯片与基底或引线框架的电气连接，其键合质量直接影响器件性能与可靠性。传统内引线多为金线和铝线，为降低成本，业界发展了铜线键合工艺。经过近 20 年的发展，铜线键合技术已广泛应用。然而，与金线和铝线相比，铜线硬度大，键合时需更大能量，更易产生金属间化合物，降低键合强度，因此需要对其键合强度进行严格监测。
国内目前参考 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》条件 B“引线拉力 ( 双键合点)” 进行铜线键合拉力试验，但该标准技术内容落后，缺少具体操作细节，无法满足需求。而固态技术协会 (JEDEC) 于 2022 年 11 月发布的 JESD 22 - B120:2022《引线键合拉力试验方法》提供了更多技术细节，能更好地指导试验。这两项标准的破坏性引线键合拉力试验原理相同，但在多个方面存在较大差异。
拉力施加位置
GB/T 4937.22—2018 条件 B 对拉力施加位置规定笼统，要求在引线下插钩子并尽量在引线中央施加拉力。但实际中，引线材料、键合工艺和键合方式会影响引线形状，难以确定中间位置。为解决这一问题，JESD 22 - B120 定义了 “中跨” 概念，即两个键合点水平间距的中间点，并规定钩子应钩在引线的中跨附近。此外，该标准还提供了 6 种主要键合方式的拉力施加位置示意图及详细说明，提高了可操作性。
失效模式的分类及排序
GB/T 4937.22—2018：将引线或键合点的失效模式分为 8 类，但存在诸多问题。其分类顺序混乱，是按失效模式被认知的过程不断累积增加的；仅适用于标准键合，不完全适用于新型键合方式；缺少图形示例，部分内容翻译不准确，易引起误解。
JESD 22 - B120：按照失效模式的位置顺序给出 10 种通用的键合拉力失效模式分类，并用数字代码表示。为便于理解，还为每种失效模式提供了示意图。
键合拉力极限值
GB/T 4937.22—2018：该标准规定的要求基于 20 多年前的技术水平，无法满足当前铜线键合器件的试验要求。一方面，未规定铜线的键合拉力极限值，部分厂商参考金线键合拉力极限值并适当调整，导致行业对铜线键合强度的考核混乱。另一方面，规定的引线直径数量少，不能覆盖常用键合丝直径，且确定拉力极限值的曲线精度低，易造成争议。
JESD 22 - B120：编制组研究后决定采用金线的键合拉力判据作为铜线的键合拉力判据。针对现有标准引线直径覆盖不全的问题，直接给出了 17 种常见直径键合丝的键合拉力判据。2022 年 12 月，JEDEC 发布的 JESD 47《基于应力试验的集成电路鉴定要求》L 版增加了键合拉力的极限值判据，且因塑封器件开封可能影响试验结果，未规定器件开封后的键合拉力判据。
增加对试验结果的应用指导
GB/T 4937.22—2018 仅规定试验程序和判据，未给出试验结果应用指导。而 JESD 22 - B120 提供了相关指导，指出理想的失效模式是键合丝被拉断，表示键合强度高于引线强度。制造商应对试验结果进行统计过程控制，分析拉力值偏离正常平均值的产品。同时，只有失效模式 5 可接受，出现其他失效模式时应分析原因，不同失效模式的分析方向有所不同。
