在微電子封裝領域，球形鍵合點的可靠性是決定器件壽命和性能的關鍵。然而，單一的剪切力測試數值往往無法反映鍵合界面的真實質量。決定鍵合強度的核心物理本質究竟是什么？兩個獨立研究機構驗證的實驗數據為我們揭示了答案：剪切力與有效鍵合區域之間存在直接且決定性的關系。理解這一關系，是從經驗性判斷走向科學工藝控制的基礎。今天，科準測控小編將帶您深入剖析其中的專業細節。

一、材料本征強度：決定理論性能上限

實驗數據清晰地表明，不同鍵合材料的本征剪切強度是評估鍵合點理論性能的基礎。例如：

金絲體系：摻雜微量Cu和Ag（<10ppm）的Au絲，其測得的剪切強度約為90MPa。而采用摻雜鈹等元素的金合金引線，其強度可能再提升10%-20%。值得注意的是，由于金焊球在鍵合后通常處于退火狀態，其強度受工藝影響相對較小，因此在剪切力-鍵合區域關系圖中通常表現為一條明確的曲線。

鋁絲體系：情況則復雜得多。硬態Al-Si絲（含1%Si）的極限剪切強度可達139MPa，而退火態則降至84MPa。這意味著，在采用鋁焊盤的系統（如常見的Au-Al鍵合）中，鍵合點的最終失效可能發生在強度相對較低的一側——可能是金球，也可能是鋁層。這取決于鋁焊盤的具體特性（如硬度、純度、晶粒結構）。

核心結論：鍵合點的理論強度上限由系統中“薄弱環節"的材料本征強度決定。這解釋了為何在評估時，必須同時考慮引線和焊盤兩側的材料屬性。

二、有效鍵合區域：連接理論與實際的橋梁

理論強度必須通過有效的物理連接來實現，而這個連接區域就是“鍵合區域"。上圖核心價值在于，它將理論材料強度與一個可測量的物理尺寸——鍵合區域直徑——關聯起來，從而可以評估出特定尺寸焊球所能達到max預期剪切力。

這里存在一個關鍵的技術細節：如何準確測量這個“直徑"？

1. 對于常規焊球：建議測量焊球頂部的瓷嘴壓痕外徑。顯微觀察證實，該壓痕邊界與實際金屬間化合物（焊接）區域的周邊非常接近，比使用焊球max外徑更為準確，估算值可能低15%-20%，但更貼近真實承載面積。

2. 對于細節距焊球：由于焊球形貌可能變為非標準的倒錐形，通常建議使用整個焊球的外徑進行測量和評估。

三、微小尺寸挑戰：對測試設備提出精準要求

相關實驗揭示了一個重要趨勢：當鍵合區域直徑低于約50μm時，剪切力值將迅速下降至20gf以下。這對測試技術提出了嚴峻挑戰：

測試難度激增：極小的力和極小的尺寸，使得測試的定位精度、力值分辨率和工具剛性變得至關重要。

設備需求升級：必須使用更精細的剪切工具，并配備具有更高定位能力和穩定性的測試系統。

測試方法的界限：當尺寸小到一定程度，剪切測試將變得不切實際，此時需要轉向更精密的拉力測試（如引線拉力測試）進行補充評估。

四、精密鍵合強度評估專業解決方案

要精準驗證上述理論關系，并將其實踐于工藝研發與質量控制中，依賴于高精度、高穩定性的專業測試設備。這正是科準測控力學測試系統所專注的領域。科準測控的微機控制電子試驗機及專用的微力測試模塊，為球形鍵合點的剪切測試提供了理想平臺，通過科準測控的專業設備，客戶能夠超越經驗判斷，基于精確數據深入理解鍵合機理，優化鍵合參數，并最終建立起穩定、可靠的鍵合強度質量控制體系。