一种引线键合点可靠性检验装置的制作方法

1.本实用新型属于功率器件封装检测领域，具体涉及一种引线键合可靠性检验装置，尤其涉及一种适用于半导体功率器件的超声楔形键合的键合点可靠性检验装置。


背景技术：

2.引线键合技术是用金属丝将芯片电极与基板上相对应的电路焊区互连，将电极引出到外部电路中实现芯片与电路的连接。超声键合是引线键合最常见的技术之一，其所用劈刀一般为楔形劈刀，键合完成后键合点均为楔形键合点。
3.引线键合失效是功率器件封装失效的常见形式之一，引线键合失效模式主要有引线脱落和引线根部断裂，均位于键合点位置。在超声键合过程被键合的金属丝(金丝、银丝、铜丝、铝丝等)需要与不同材料的键合区互连，由于不同材料的热膨胀系数不同，引线脱落成为最常见的失效形式，而现有的键合强度评价方法是通过拉力试验拉断引线综合判断第一键合点、第二键合点整体强度是否达到要求。当第一键合点、第二键合点的键合区材料或镀层材料不同时，不能分别针对不同材料键合区单个键合点进行检验判断。
4.此外，现有的键合线老化试验，如功率循环老化试验，模拟的是芯片、键合线的实际工作状态，故该试验方法最为严格可靠，同时也存在一些问题：(1)功率循环试验的被测试样一般是完整的成品，进行的是破坏性试验，因包含芯片等所以成本较高；(2)功率循环老化试验能够在一定程度上做到针对键合线本身进行老化试验，但被测试样往往会出现其它缺陷，如芯片焊料层老化失效、芯片损坏等，从而导致被测试样失效，而此时键合线本身可能并没有失效，键合线的可靠性不能被准确评估；(3)该试验方法存在老化设备成本高、耗费时间较长等缺点。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种引线键合点可靠性检验装置，以解决不能对不同材料键合区单个键合点检验判断导致引线脱落和引线根部断裂等技术问题，同时能够实现键合线疲劳老化检验测试。
6.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种引线键合点可靠性检验装置，包括：工作台，被配置为与外部结构连接以固定所述引线键合点可靠性检验装置；固定架，包括沿第一方向固定设置在所述工作台上且沿第二方向彼此相对地的第一部分和第二部分，所述第二方向与所述第一方向垂直；基板紧固和运动机构，包括基板夹紧件、真空吸盘、支撑滑杆、第一弧形滑道、第二弧形滑道和座体；拉拔机构，包括与固定架的所述第一部分的一侧固定连接的固定臂、具有限位板的引线夹、拉伸杆、紧固件、拉伸运动组件和复位件，其中，引线夹、拉伸杆均可根据实际需要进行设计更换，例如对5mil线径的键合线，引线夹并不能完美固定住l型键合线尾部，需更换设计为拉钩式、真空孔式等引线固定装置。在本实用新型的一个示例性实施例中，所述第一弧形滑道和第二弧形滑道分别相应设置在所述第一部分和所述第二部分中，所述支撑滑杆具有与座体固定连接的身部以及分别相应与第一弧形滑
道、第二弧形滑道配合的两个轴状端部，所述真空吸盘设置在座体中并能够待测试样基板的第二表面吸附在座体上，所述基板夹紧件具有能够紧固待测试样基板的第一表面、以及与座体固定连接的第二表面，通过第一弧形滑道、第二弧形滑道与支撑滑杆的配合能够使第一表面在第一角度内摆动，且在第一角度为0
°
的情况下，基板夹紧件的所述第一表面与所述第一方向垂直并与所述第二方向平行。
7.在本实用新型的一个示例性实施例中，拉伸杆的一端在第一方向与第二方向所构成的平面内以可调节的第二角度与固定臂连接，拉伸杆的另一端与引线夹固定连接，引线夹通过限位板使待测试样基板的第一表面上的l型引线与拉伸杆的中轴线方向平行，紧固件能够对拉伸杆进行限位和紧固，拉伸运动组件被配置为能够以预设的拉力参数使拉伸杆沿其中轴线方向做拉伸运动，复位件能够将拉伸杆恢复至初始位置，其中，所述第二角度为拉伸杆的所述中轴线与所述第二方向之间的夹角。
8.由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果包括以下内容中的至少一项：
9.1、本实用新型提供的引线键合点检验装置，能够针对不同材料键合区单个键合点进行检验判断；
10.2、本实用新型提供的引线键合点检验装置，能够有效的筛选出不合格的键合点，通过本装置的强度检验能够有效减少引线脱落和引线根部断裂等失效问题；
11.3、本实用新型提供的引线键合点检验装置既可适用于摆动检验方式，也可适用于单个键合点的极限拉力测试方式；
12.4、本实用新型提供的引线键合点检验装置可通过更换所述引线夹、拉伸杆为拉钩式、真空孔式等引线固定装置，以达到能够固定复杂情况下的键合线；
13.5、本实用新型提供的引线键合点可靠性检验装置还可以进行疲劳老化试验，具有试样制造成本低、老化时间短时高效、操作简单、键合点针对性强、设备成本低廉等优点。
附图说明
14.图1示出了本实用新型的引线键合点可靠性检验装置的一个示例性实施例的整体结构示意图；
15.图2示出了图1的主视示意图；
16.图3a示出了图1中的基板紧固和运动机构与键合有l型引线的待测试样基板的装配示意图；
17.图3b示出了图3a的摆动状态的右视示意图；
18.图4a示出了拉拔机构的示意图；
19.图4b示出了图4a的主视示意图；
20.图5a示出了键合有l型引线的待测试样基板的示意图；
21.图5b示出了图5a的主视示意图。
22.附图标记说明如下：
23.10-工作台
24.20-固定架、21-第一部分、22-第二部分
25.30-基板紧固和运动机构、31-基板夹紧件、32-支撑滑杆、33-第一弧形滑道、34-座体、β-第一角度
26.40-拉拔机构、41-固定臂、42-引线夹、43-拉伸杆、α-第二角度
27.50-待测试样基板、51-引线
具体实施方式
28.为了更清楚的阐释本实用新型的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。
29.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
30.另外，在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
31.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
33.在本实用新型的一个示例性实施例中，引线键合点可靠性检验装置由工作台、固定架、基板紧固和运动机构、以及拉拔机构构成。
34.工作台可被配置为与不属于本实用新型的外部结构连接，以固定所述引线键合点可靠性检验装置。工作台与外部结构的连接方式可以为焊接、卡接、螺栓紧固等方式，从而便于将工作台固定。当然，工作台也可具有适当配重，从而使整个引线键合点可靠性检验装置被直接放置在诸如桌面等平面上。
35.固定架可包括沿第一方向固定设置在所述工作台上，且沿第二方向彼此相对地的第一部分和第二部分，所述第二方向与所述第一方向垂直。例如，第一方向可以为竖直方向，第二方向相应可以为水平方向，工作台也沿水平方向设置。固定架的第一部分和第二部分可分开形成，也可与工作台一体化成型。
36.基板紧固和运动机构可包括基板夹紧件、真空吸盘、支撑滑杆、第一弧形滑道、第二弧形滑道和座体。
37.具体来讲，第一弧形滑道可设置在固定架的第一部分中，第二弧形滑道可设置在固定架的第二部分中。例如，第一、第二弧形滑道可以沿第二方向彼此相对且分别相应设置
在固定架的第一部分和第二部分中。支撑滑杆可具有与座体固定连接的身部、以及分别相应与第一、第二弧形滑道配合的两个轴状端部。支撑滑杆的数量可以为沿第二方向平行设置的两个。例如，身部和两个轴状端部可沿第二方向以一体化的方式形成。此外，支撑滑杆也可与座体一体化成型。可通过第一、第二弧形滑道的弧形段长度的设置，实现对支撑滑杆运动路径和幅度的限制。
38.真空吸盘可设置在座体中，并能够待测试样基板的第二表面吸附在座体上。基板夹紧件的第二表面相当于其背向工作台的那一面。基板夹紧件可具有能够紧固待测试样基板的第一表面。例如，基板夹紧件的第一表面可形成有夹持槽、限位槽等，以便能够将待测试样基板放置和限制在该基板夹紧件上。
39.基板紧固和运动机构能够通过第一、第二弧形滑道与支撑滑杆的配合，使第一表面在第一角度内摆动，且在第一角度为0
°
的情况下，第一表面与所述第一方向垂直并与所述第二方向平行。第一角度相当于第一表面的垂线与第一方向之间的夹角。例如，第一角度可在-10
°
～10
°
范围内选择。优选地，第一角度在-3
°
～3
°
范围内选择。
40.拉拔机构可包括与固定架的第一部分的一侧固定连接的固定臂、具有限位板的引线夹、拉伸杆、紧固件、拉伸运动组件和复位件。
41.拉伸杆的一端在第一方向与第二方向所构成的平面内，以可调节的第二角度与固定臂连接，拉伸杆的另一端与引线夹固定连接。也就是说，拉伸杆的所述一端与固定臂连接，且拉伸杆以及与拉伸杆的所述另一端固定连接的引线夹能够在第一方向与第二方向所构成的平面(例如，可以为与工作台所在的水平面垂直且正对操作者的竖直平面)内，以可调节的第二角度被调整。紧固件能够对被调整后的拉伸杆进行限位和紧固，从而使拉伸杆以一个确定度数值的第二角度被固定。第二角度可以为拉伸杆的所述中轴线与所述第二方向之间的夹角。例如，第二角度可以在-60
°
～60
°
范围内选择。进一步地，第二角度可以在-30
°
～30
°
范围内选择。此外，优选地，拉伸杆与固定臂连接的所述一端可位于基板夹紧件的正上方。
42.引线夹能够夹持待测试样基板上的l型引线，并且能够通过限位板使l型引线与拉伸杆的中轴线方向平行。l型引线由自由段和沿第二方向与待测试样基板键合的键合段构成，自由段不与待测试样基板键合，且与键合段通常呈钝角。自由段的长度可根据不同线径的引线适当调整。此外，l型引线可以为金线、银线、铜线或铝线，然而，本实用新型不限于此。
43.拉伸运动组件被配置为能够以预设的拉力参数，使拉伸杆沿其中轴线方向做拉伸运动。复位件能够将拉伸杆恢复至初始位置。例如，复位件可以为弹性复位件等方式。
44.在本实用新型的另一个示例性实施例中，引线键合点可靠性检验装置在上述示例性实施例的基础上，还可进一步含有高度调节机构。高度调节机构可被设置在固定臂中并以可调整拉伸杆伸出长度的方式与拉伸杆连接，从而实现对拉伸杆与基板夹紧件之间距离的调整。这更有利于适用于不同线径、不同长度的l型引线。此外，通过基板紧固和运动机构在第一角度内的摆动功能，与高度调节机构的距离调整功能，能够更好地实现基本以待测试样基板的l型引线的中轴线为摆动轴(或称旋转轴)，从而有利于提升试样检测的准确度、精度和稳定性。
45.另外，高度调节机构也可被设置在固定架的第一部分和第二部分中，并以可调整
座体或基板夹紧件沿第二方向高度的方式与座体、支撑滑杆或基板夹紧件连接，从而实现对拉伸杆与基板夹紧件之间距离的调整。
46.此外，高度调节机构可被设置在基板紧固和运动机构的座体中，并以可调整基板夹紧件沿第二方向高度的方式与基板夹紧件连接，从而实现对拉伸杆与基板夹紧件之间距离的调整。
47.图1示出了本实用新型的引线键合点可靠性检验装置的一个示例性实施例的整体结构示意图；图2示出了图1的主视示意图。
48.在本实用新型的一个示例性实施例中，如图1和图2所示，引线键合点可靠性检验装置包括工作台10、固定架20、基板紧固和运动机构30、以及拉拔机构40。
49.工作台10可用于支撑整个引线键合点可靠性检验装置。工作台10可使整个引线键合点可靠性检验装置被直接放置在诸如桌面等平面上。
50.固定架20可包括沿竖直方向固定设置在所述工作台上，且沿水平方向彼此相对地的第一部分21和第二部分22。固定架的第一部分和第二部分可通过焊接等方式与工作台连接。
51.基板紧固和运动机构30可包括基板夹紧件31、真空吸盘(未示出)、支撑滑杆32、第一弧形滑道33、第二弧形滑道(未示出)和座体34。
52.第一、第二弧形滑道沿水平方向彼此相对且分别相应设置在固定架的第一部分和第二部分中。支撑滑杆可具有与座体固定连接的身部、以及分别相应与第一、第二弧形滑道配合的两个轴状端部。支撑滑杆的数量为沿水平方向平行设置的两个。
53.拉拔机构包括与固定架的第一部分的一侧固定连接的固定臂41、具有限位板的引线夹42、拉伸杆43、紧固件(未示出)、拉伸运动组件和复位件(未示出)。
54.拉伸杆的一端与固定臂连接，且与工作台的水平面垂直且正对操作者的竖直平面。拉伸杆与固定臂连接的一端位于基板夹紧件的正上方。
55.如图3a和图3b所示，真空吸盘设置在座体中并能够待测试样基板的第二表面吸附在座体上，基板夹紧件具有能够紧固待测试样基板的第一表面、以及与座体固定连接的第二表面，通过第一弧形滑道、第二弧形滑道与支撑滑杆的配合能够使第一表面在角度β范围内摆动，且在β为0
°
的情况下，基板夹紧件的第一表面与水平方向平行，角度β的范围为-3
°
～3
°
。
56.如图4a和图4b所示，紧固件能够对被调整后的拉伸杆进行限位和紧固，从而使拉伸杆以一个确定度数值的角度α被固定。角度α在-30
°
～30
°
范围内选择。
57.如图5a和图5b所示，引线夹能够夹持待测试样基板上的l型引线，并且能够通过限位板使l型引线与拉伸杆的中轴线方向平行。l型引线由自由段和沿水平方向与待测试样基板键合的键合段构成，自由段不与待测试样基板键合，且与键合段通常呈钝角。自由段的长度可根据不同线径的引线适当调整。l型引线为金线、银线、铜线或铝线等可用于功率半导体作为引线键合使用的所有材料，线径大于或等于5mils。
58.拉伸运动组件被配置为能够以预设的拉力参数，使拉伸杆沿其中轴线方向做拉伸运动。弹性复位件能够将拉伸杆恢复至初始位置。
59.待测试样基板为方形对称结构，其材料为所要检测键合强度的键合区材料，引线丝应键合在试样基板的中轴线上，基板厚度为0.3～3mm。
60.以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。