在微電子封裝芯片互連工藝技術中，鍵合技術的演進始終圍繞可靠性與成本兩大核心。20世紀70年代，金（Au）價格的大幅飆升使得鎳（Ni）涂層開始崛起，同時，粗直徑鋁（Al）線逐漸成為功率器件鍵合的主流選擇。本文科準測控小編將站在力學檢測視角，為您解析與Al-Ni鍵合可靠性相關的工藝控制與檢測標準。

一、Al-Ni鍵合的技術優(yōu)勢與可靠性驗證

根據(jù)非公開發(fā)表的研究資料及在高溫電子學領域的長期積累，粗直徑（≥75μm）Al金屬引線在Ni鍍層或內(nèi)層上可實現(xiàn)良好的鍵合，前提是Ni表面不存在氧化物。這一技術已在功率器件大批量生產(chǎn)中應用超過25年，且未報告重大可靠性問題，這一優(yōu)異表現(xiàn)離不開系統(tǒng)的力學性能測試。

1.1 鍵合強度測試：300℃下的穩(wěn)定性驗證

研究人員通過有限熱應力試驗（300℃，100小時）對Al-Ni鍵合界面進行了機械強度評估。測試結(jié)果顯示，經(jīng)歷高溫老化后，鍵合點的拉脫力、剪切力等關鍵指標保持穩(wěn)定，證明機械強度無退化。而鍵合界面電阻僅增加約1%，證明金屬間化合物生長并未破壞導電通路，這一試驗為Al-Ni鍵合在耐高溫產(chǎn)品（如飛機渦輪葉片）中的應用提供了堅實的力學依據(jù)。

1.2 金屬間化合物生長動力學分析

Al-Ni相圖雖復雜，包含多種金屬間相，但該鍵合系統(tǒng)具有難熔特性。從熔點數(shù)據(jù)推算，金屬間化合物相生長的活化能高于1eV，這意味著：在功率器件常規(guī)工作溫度范圍內(nèi)，金屬間化合物生長緩慢，不易形成Kirkendall空洞。

AM Al-Ni合金中常見析出相（圖源網(wǎng)絡）

1.3 電化學腐蝕傾向?qū)Ρ?/p>

電化學數(shù)據(jù)顯示，Ni?和Al?反應具有負勢能，表明Al-Ni鍵合發(fā)生電化學腐蝕的可能性遠低于Al-Au鍵合。這為器件在復雜環(huán)境下的長期穩(wěn)定運行提供了保障。

二、Al-Ni鍵合的主要挑戰(zhàn)：可鍵合性問題

與可靠性相比，Al-Ni鍵合在實際生產(chǎn)中面臨的最大挑戰(zhàn)是可鍵合性，而這正是力學檢測在工藝控制中的核心應用場景。

2.1 鎳表層氧化影響

鎳表層會緩慢氧化，形成阻礙鍵合的氧化層，這會導致鍵合點一致性差，生產(chǎn)效率下降。雖然通過增加超聲能量可改善輕微氧化鎳表層的可鍵合性，但從力學檢測視角看，過高的超聲能量可能導致芯片損傷或根部疲勞，長期可靠性難以保證。

2.2 工藝控制要點

針對可鍵合性問題，業(yè)界總結(jié)出以下工藝控制要點，每一項都需要力學檢測配合驗證。

作為專業(yè)的力學檢測與拉力試驗機研發(fā)生產(chǎn)廠家，我們從以下維度為Al-Ni鍵合工藝提供全面的測試解決方案：

三、解決方案

從Au到Ni的轉(zhuǎn)變，是功率器件封裝技術演進的一個縮影。Al-Ni鍵合歷經(jīng)近半個世紀的量產(chǎn)證明了其在成本與可靠性之間的卓越平衡。而這種可靠性的確認，離不開力學檢測技術的持續(xù)支撐——從初始工藝參數(shù)優(yōu)化，到長期可靠性評估，再到失效機理分析，每一環(huán)節(jié)都需要精準的力學數(shù)據(jù)作為決策依據(jù)。

深耕力學檢測領域多年，科準堅信可靠的鍵合源于精準的檢測。通過鍵合強度測試和工藝參數(shù)優(yōu)化，為Al-Ni鍵合系統(tǒng)提供長期可靠性評估。如需了解更多鍵合強度測試解決方案，或索取相關技術資料，歡迎隨時聯(lián)系我們。我公司技術團隊可為您提供免費的工藝參數(shù)優(yōu)化咨詢。