在半導體封裝領域，焊球-剪切測試因其直觀、有效而成為評估金球鍵合點質量的行業標準。然而，對于線徑更細、形貌更復雜的超聲鋁楔形鍵合點，直接沿用剪切測試方法進行強度評估是否科學可靠？今天，科準測控小編就來和大家一起探討這個在鍵合質量評估中頗具挑戰性的問題：剪切測試這一評估球形鍵合點的“利器"，是否同樣適用于超聲楔形鍵合點？

一、對比實驗

為回答這個核心問題，美國國家標準與技術研究院（NIST）與桑迪亞國家實驗室（Sandia）進行了一次嚴謹的聯合研究。

實驗設計如下：

材料：使用三組線徑為25μm（1密耳）、含1%硅的鋁絲。

工藝：在NIST，通過超聲楔形鍵合工藝，將這些鋁絲鍵合到同一晶圓的鋁金屬層上，形成大量鍵合點。

方法：隨機選擇一半鍵合點進行破壞性拉力測試，隨后將晶圓送至Sandia，對剩余鍵合點進行剪切測試。

目標：直接對比兩種測試方法對同一批鍵合點評估結果的差異性與相關性。

二、測試結果

實驗數據結果如圖：

核心發現是：拉力測試與剪切測試的結果呈現顯著的、系統性的背離。

具體表現為：隨著鍵合點形變（即壓扁程度）的增加：

拉力測試值明顯下降，剪切測試值卻保持穩定甚至可能上升。

這一看似矛盾的現象，其根源在于兩種測試方法所評估的失效機理與敏感區域不同。

三、機理剖析：拉力與剪切，究竟測的是什么？

要理解數據背離，必須深入鋁楔形鍵合的冶金學本質。

1. 拉力測試的敏感區：脆弱的“腳跟"

在超聲鋁楔形鍵合過程中，引線在鍵合工具壓力下發生塑性形變。鍵合點的“腳跟"部位（即引線進入鍵合點的彎曲根部）經歷了最劇烈的變形和加工硬化，成為整個結構的力學薄弱點。

拉力測試垂直向上施力，其失效通常始于這個過度加工、已然脆弱的“腳跟"部位發生頸縮或斷裂。因此，形變越大，腳跟越弱，拉力值就越低。拉力測試靈敏地反映了這一“最弱環節"的強度。

2. 剪切測試的“盲區"與敏感區：焊接界面

剪切測試從側面水平推切鍵合點。其工具作用于鍵合點主體，避開了“腳跟"區域。

剪切失效主要發生在鋁絲與鋁焊盤之間的焊接界面。其強度直接取決于界面原子結合的緊密程度，即有效的焊接面積。

形變增加，雖然惡化了腳跟強度，卻同時增大了鋁絲與焊盤的接觸與焊接面積。因此，剪切力值可能保持不變或增加，它反映的是界面結合質量，而非整體結構的最弱處。

簡言之：拉力測的是“結構瓶頸"（腳跟），剪切測的是“界面結合"（焊區）。一個鍵合點即使腳跟已存在裂紋甚至近乎斷裂，只要界面焊接良好，仍能測出很高的剪切力值。

四、工程實踐中的結論與啟示

基于上述機理，可以得出以下關鍵結論：

1. 局限性：剪切測試并非評估細鋁絲楔形鍵合點整體可靠性的有效通用工具，尤其當鍵合點形變超過線徑2倍以上時。它無法預警由“腳跟"脆弱導致的早期拉力失效風險。

2. 有條件的使用價值：在充分理解其原理局限的前提下，剪切測試儀因其高精度（定位精度達微米級）的優勢，有時可用于專項評估楔形鍵合點的焊接界面質量。

3. 現代工藝下的可行性窗口：對于采用高頻鍵合（≥100kHz）的現代設備，推薦的楔形鍵合點最小形變約為線徑的1.25倍。在此規范下，除非使用線徑≤25μm的極細引線，否則由“腳跟"過度弱化導致的問題不再突出，此時使用剪切測試進行工藝監控通常是可行的。

NIST與Sandia的這項研究深刻揭示：在精密制造領域，沒有放之四海而皆準的測試方法。理解不同測試方法背后的物理機制，是科學評估鍵合質量的前提。科準測控的精密測試設備與分析方案，正是為了幫助工程師獲得這種深層洞察而設計，通過專業的測試技術與解決方案，賦能工程師做出更精準、更可靠的判斷，共同守護半導體封裝的品質基石。