键合强度试验能力验证的研究

杨 城，王伯淳，谭 晨，张 吉，马清桃，潘凌宇

（湖北航天技术研究院计量测试技术研究所，湖北 孝感 432100）

1 引言

能力验证是利用实验室间比对来判定实验室和检查机构能力的活动。其主要用途就是评价实验室能否胜任进行检测的能力；换句话说，参加能力验证计划为实验室提供了一个评估和证明其出具数据可靠性的客观手段。随着实验室认可的开展，能力验证越来越得到认可机构和实验室的重

视[1]。

CNAS-CL01：2006《检测和校准实验室能力认可准则》第5.9条要求，为控制实验室检测结果的准确性，维持实验室的检测能力，实验室必须对检测结果进行质量控制，实验室间的比对是其中的重要方法之一[2]。

目前，本实验室的键合强度/剪切力测试仪（生产厂家为ROYCE，型号为ROYCE 650）经检定合格后已正常进行键合强度和剪切力强度试验近一年，试验人员已熟练掌握键合强度/剪切力测试仪的操作和使用方法。本次键合强度能力验证试验由本实验室按照标准要求执行，委托6家已获得相关资质的实验室进行键合强度试验，然后将本实验室的试验结果与其他实验室的试验结果进行比对，利用实验室间比对来判定本实验室在键合强度试验上的能力，并评价各个实验室测试结果的满意程度。

2 能力验证试验样品选择及方案制定

2.1 样品选择

电子元器件在进行鉴定检验、质量一致性检验和DPA（破坏性物理分析）试验时，均要求进行键合强度试验，但键合强度试验属于破坏性试验，每一根键合丝只能进行一次键合强度测试，即只能获得单一键合丝的单个结果。

作为本次键合强度能力验证试验执行方，提供给各家实验室的检测样品之间的所有差别应降至最小，电子元器件封装形式主要分为塑料封装、陶瓷封装、金属封装和金属陶瓷封装几种类型，其中塑料封装集成电路的键合强度试验仅用作工程观察并且仅作为信息记录，而不作为一致性或非一致性的统计，所以本次样品封装形式选择陶瓷封装、金属封装和金属陶瓷封装。同时，为降低开帽引入的差别，本次键合强度能力验证试验采用的样品封装形式为金属陶瓷封装；另外，键合工艺本身的键合强度是通过SPC控制在一定的范围内[3]，故需考虑到键合丝本身键合强度的差异常性带来的偏差，所以采用的样品键合丝数应尽可能多，各实验室键合强度数据从n（n应尽可能大）根键合丝键合强度测量数据平均得到。

结合价值工程，选择AD574AKD作为本次试验的样品，试验样品情况见表1。

表1 试验样品情况

2.2 方案制定

实验室间的比对采用的样品是同一批次、同一状态的12位ADC，样品到货后，不对其进行任何筛选处理，立即委托各家实验室进行键合强度试验，每个实验室的测试样品数量均为5只。

通过将被试样品之间的差异降至最低，本次能力验证试验结果的变异性主要有两个来源：实验室间的变异（包括测量方法间的变动）和实验室内部的变异。因参加本次能力验证试验的实验室在键合强度试验上经验丰富并具有相关的资质，且本次能力验证试验的目的为评价各个实验室间键合强度测试结果的满意程度，所以可不考虑实验室内部的变异。

本次能力验证试验方法按GJB548B-2005的方法2011.1键合强度（破坏性键合拉力试验）试验条件D——引线拉力（双键合点）进行。同时，为尽可能降低实验室间的变异（包括测量方法间的变动），规定各家实验室按照相同的试验参数和方法进行键合强度试验，且键合强度/剪切力测试仪需计量检定合格。通过规定键合强度试验参数和方法，尽可能降低了实验室间的变异（包括测量方法间的变动），但仍存在温湿度、试验人员的试验习惯和使用的设备等差异。键合强度试验具体参数要求见表2。

表2 键合强度试验具体参数要求

本次能力验证试验共有7家单位参加，为方便数据的统计与分析，对各单位进行编号，并统计各单位使用的键合强度/剪切力测试仪型号，试验单位信息见表3。

3 数据统计和分析

3.1 数据的统计

将各实验室键合强度测试数据的均值进行统计，平均值计算公式如下：

其中n为测试数据总数；Xi为具体测试值，i=1,2,3……n。

各实验室键合强度试验平均值统计表见表4。

表3 试验单位信息

表4 键合强度试验平均值统计表

3.2 数据的处理

涉及的统计量解释[4]：

（1）结果数（N）：从一个特定检测中得到的结果总数，本次进行键合强度能力验证试验的单位共有7家，所以N=7。

（2）中位值（M）：中位值是一组数据的中间值，即有一半的结果高于它，一半的结果低于它。当N为奇数时，那么中位值是一个单一的中心值，即X[N+1]/2；当N为偶数时，那么中位值是两个中心值的平均，即｛XN/2+X[(N/2)+1]｝/2（按由小到大的顺序排列）。

（3）高四分位数值（Q3）：如果将能力验证计划的N个结果按由小到大的顺序排列，数据组中有四分之一数据比它大，Q3的次序量为[3N+1]/4（按由小到大的顺序排列）。

（4）低四分位数值（Q1）：如果将能力验证计划的N个结果按由小到大的顺序排列，数据组中有四分之一数据比它小，Q1的次序量为[N+3]/4（按由小到大的顺序排列）。

（5）四分位间距是低四分位数值和高四分位数值的差值，即IQR=Q3-Q1。

（6）标准化四分位数间距（标准化IQR）：是表示数据分散程度的量度，类似于标准偏差，标准化IQR =0.7413×IQR，系数0.7413是从标准正态分布导出。

（7）稳健变异系数（稳健CV）：等于标准化IQR除以中位值，并用百分比表示。即CV=标准化IQR/中位值（M）×100%。

（8）最大值：一组结果中的最高值。

（9）最小值：一组结果中的最低值。

（10）极差：最大值减去最小值。

总体统计量统计表见表5。

表5 总体统计量表

3.3 数据分析与评价

本次采用Z比分数来评判各实验室结果，并验证本实验室键合强度试验的能力是否准确。

Z比分数公式为：

评价方法：|Z|≤ 2，为满意结果；2＜ |Z|＜ 3，为有问题结果；|Z|≥3，为不满意结果。

各实验室Z比分数计算：

A 实验室：|ZA|=（4.905-4.905）/0.411644=0；B 实验室：|ZB|=（6.163-4.905）/0.411644=3.056；C 实验室：|ZC|=（5.912-4.905）/0.411644=2.446；D 实验室：|ZD|=（5.3846-4.905）/0.411644=1.165；E实验室：|ZE|=（4.816-4.905）/0.411644=0.216；F实验室：|ZF|=（4.789-4.905）/0.411644=0.282；G 实验室：|ZG|=（4.8427-4.905）/0.411644=0.151。

表6 数据分析及结果统计表

由表6我们得到B和C实验室的键合强度试验结果为有问题结果，其余实验室试验结果为满意结果；本次能力验证试验虽然在比对方案制定方面存在一定的不足，但在一定程度上客观反映了各实验室在键合强度试验方面的能力，其中A实验室的Z比分数为0，表明A实验室在键合强度这一试验项目上已具备了令人满意的试验能力。

参与本次能力验证试验的各实验室试验数据存在一定的差异。通过分析，本次能力验证试验结果变异性的主要来源是温湿度差异、试验人员的试验习惯或使用设备的差异等。由于温湿度差异对键合强度试验结果基本无影响，且使用的设备均经过校准检定，所以键合强度能力验证试验项目组认为造成本次试验结果差异性的原因为试验人员的试验习惯。

研究表明，键合强度试验测试点选择[5]和键合丝长度等[6]对键合强度试验结果存在较大的影响。

4 结论

（1）本实验室键合强度试验能力达标，达到本次能力验证试验的目的；

（2）本次能力验证试验在一定程度上客观反映了各实验室在键合强度试验方面的能力，同时也为各实验室提供了共同改进、提高检测能力的平台；

（3）推进实验室间的比对试验或能力验证活动的开展，特别是破坏性试验的比对试验或能力验证活动。

[1]倪峰，蔡涛. 利用Excel进行能力验证结果统计[J]. 现代测量与实验室管理，2013，05：63-64.

[2]邓永芳，李晓红. 内引线键合强度测量的实验室比对[J].现代测量与实验室管理，2010，06：8-9.

[3]李孝轩，丁友石，严伟. SPC用于金丝键合质量控制的研究[C]. 第十二届全国LED产业研讨与学术会议论文集，2010，04.

[4]中国合格评定国家认可委员会. CNAS-GL02：2006 能力验证结果的统计处理和能力评价指南[S].

[5]刘春芝，贺玲，刘笛. 键合拉力测试点对键合拉力的影响[J]. 电子与封装，2008，8（5）：9-11.

[6]黄强，郭大琪，丁荣峥，张国华. 双键合点破坏性引线键合拉力试验的测量误差分析[J]. 电子与封装，2003，3（9）：13-16.