IEC 60749-22-2:2025

IEC 60749-22-2 ®
Edition 1.0 2025-11
NORME
INTERNATIONALE
Dispositifs à semiconducteurs - Méthodes d'essais mécaniques et climatiques -
Partie 22-2: Robustesse des contacts soudés - Méthodes d'essais de
cisaillement des contacts soudés par fil
ICS 31.080.01  ISBN 978-2-8327-0882-8

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La Commission Electrotechnique Internationale (IEC) est la première organisation mondiale qui élabore et publie des
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SOMMAIRE
AVANT-PROPOS . 4
1 Domaine d’application . 6
2 Références normatives . 6
3 Termes et définitions. 7
3.1 Termes et définitions. 7
3.2 Termes et définitions applicables à l’Annexe B . 8
4 Appareillage et matériel exigés . 9
4.1 Équipement d’inspection. 9
4.2 Matériel de mesure . 9
4.3 Support de travail . 9
4.4 Équipement de cisaillement du contact soudé . 9
4.5 Configuration de l’outil de cisaillement de contact soudé . 10
5 Procédure . 10
5.1 Étalonnage . 10
5.2 Examen visuel des contacts soudés à soumettre à essai après
décapsulation . 10
5.2.1 Utilisation de l’examen visuel . 10
5.2.2 Examen des plaquettes de collage et critères d’acceptabilité pour la
métallisation des plaquettes de collage en aluminium et en cuivre . 11
5.2.3 Examen et critères d’acceptabilité des contacts soudés en cuivre et du
fil en cuivre . 11
5.3 Mesure du diamètre de la soudure à boule écrasée pour déterminer les
critères de rupture par cisaillement de la soudure à boule écrasée . 11
5.4 Réalisation de l’essai de cisaillement des contacts soudés . 12
5.5 Examen des contacts cisaillés. 13
5.6 Codes de cisaillement pour les soudures à boule écrasée. 13
5.6.1 Généralités . 13
5.6.2 Type 1 – Soulèvement du contact . 18
5.6.3 Type 2 – Cisaillement du contact . 19
5.6.4 Type 3 – Cratères . 21
5.6.5 Type 4 – Spécimen de contacts de bras (contact de surface de collage) . 22
5.6.6 Type 5 – Saut de cisaillement . 23
5.6.7 Type 6 – Soulèvement de la plaquette de collage (ou de la surface de
collage) . 23
5.7 Données de cisaillement du contact soudé . 24
6 Résumé . 24
Annexe A (informative) Réalisation de cette méthode d’essai sur les soudures à "point
de couture sur boule" . 25
Annexe B (informative) Réalisation de cette méthode d’essai sur les soudures en
biseau ultrasoniques . 27
B.1 Généralités . 27
B.2 Ajouts et modifications du texte principal . 27
B.2.1 Ajout à l’Article 1. 27
B.2.2 Ajout à l’Article 3. 27
B.2.3 Remplacement de 4.4 . 28
B.2.4 Remplacement de 5.4 . 28
B.2.5 Remplacement de 5.5 . 28
B.2.6 Texte supplémentaire au 5.6 . 28
B.2.7 Remplacement de l’Article 6 . 28
Annexe C (informative) Réaliser un essai de cisaillement lorsqu’un outil ne peut pas
atteindre le dessous de la ligne centrale du contact . 29
Annexe D (informative) Préoccupations relatives aux processus de décapsulation des
dispositifs avec fils de contact en cuivre . 32
Annexe E (informative) Surface de contact de la soudure – Méthode valide de
comparaison de la force de cisaillement. 35
Bibliographie . 38

Figure 1 – Configuration de cisaillement du contact soudé pour un contact sur une
plaquette de collage de puce . 8
Figure 2 – Placement en hauteur correct de l’outil de cisaillement par rapport à la ligne
centrale de la boule . 10
Figure 3 – Mesure de la soudure à boule écrasée: vue de côté et vue de dessus
(symétrique versus asymétrique) . 12
Figure 4 – Type 1: Soulèvement du contact – Aluminium doré . 13
Figure 5 – Type 1: Soulèvement du contact – Cuivre/aluminium, cuivre/cuivre et or/or . 14
Figure 6 – Type 1: Soulèvement du contact – Tous les systèmes métalliques sur grille
de connexion ou substrat . 14
Figure 7 – Type 2: Cisaillement du contact – Tous les systèmes métalliques –
Variation A – Séparation dans la métallisation de la surface de collage . 14
Figure 8 – Type 2: Cisaillement du contact – Or/aluminium – Variation B –
Séparation totale au sein de la couche intermétallique . 15
Figure 9 – Type 2: Cisaillement du contact – Tous les systèmes et surfaces
métalliques, sauf or/aluminium – Variation B – Séparation à la surface de collage . 15
Figure 10 – Type 2: Cisaillement du contact – Tous les systèmes métalliques et
surfaces de collage – Variation C – Séparation à l’interface du matériau et dans le
corps . 15
Figure 11 – Type 2: Cisaillement du contact – Tous les systèmes métalliques –
Variation D – Séparation au sein de la soudure à boule écrasée . 16
Figure 12 – Type 2: Cisaillement du contact – Tous les systèmes métalliques sur une
grille de connexion ou un substrat – Variation D – Séparation au sein de la soudure à
boule écrasée . 16
Figure 13 – Type 3: Cratères . 16
Figure 14 – Type 4: Contact de surface de collage . 17
Figure 15 – Type 5: Saut de cisaillement . 17
Figure 16 – Type 6: Soulèvement de la surface de la plaquette de collage . 17
Figure 17 – Type 6: Soulèvement de la métallisation de la surface de collage ou de la
plaquette de collage de la grille de connexion ou du substrat . 18
Figure 18 – Empreintes sur plaquette en Al issues de contacts soulevés sans preuve
de cisaillement (Type 1) . 19
Figure 19 – Cisaillement de la plage d’accueil en aluminium (avec fil de cuivre) (Type 2
– Variation A) . 20
Figure 20 – Cisaillement entièrement dans la couche intermétallique or/aluminium
(Type 2 – Variation B) . 20
Figure 21 – Cisaillement dans le corps de la soudure à boule écrasée en cuivre vrac et
à l’interface du matériau (Type 2 – Variation C) . 20
Figure 22 – Cisaillement entièrement dans la soudure à boule écrasée en or (Type 2 –
Variation D) . 21
Figure 23 – Cisaillement entièrement dans la soudure à boule écrasée en cuivre
(Type 2 – Variation D) . 21
Figure 24 – Cratères sur les plaquettes de collage après l’essai de cisaillement . 22
Figure 25 – Cratères sur les plaquettes de collage (vue de la plaquette et de la boule)
et validation de la fissure et de l’aluminium fin sur une autre plaquette . 22
Figure 26 – Images de l’outil de cisaillement en contact avec la surface de collage
(outil de cisaillement réglé trop bas) . 23
Figure 27 – Images du saut de cisaillement (outils de cisaillement trop haut) . 23
Figure 28 – Images de soulèvement de la surface de collage . 23
Figure A.1 – Vue de dessus de la soudure à "point de couture sur boule" . 25
Figure A.2 – Vue de côté de la soudure à "point de couture sur boule" . 25
Figure A.3 – Collage puce sur puce . 26
Figure A.4 – Soudure "inverse", avec boule sur la grille de connexion . 26
Figure C.1 – Passivation empêchant le placement en hauteur correct de l’outil de
cisaillement . 29
Figure C.2 – Reste dû à la mise en place de l’outil de cisaillement au-dessus de la
ligne centrale . 30
Figure C.3 – Vue des éclaboussures excessives d’Al . 31
Figure D.1 – Images de soudures à boule écrasée en cuivre présentant de graves
dommages dus au processus de gravure . 32
Figure D.2 – Images comparatives montrant le degré d’attaque de cuivre dû à deux
agents de gravure différents . 32
Figure D.3 – Soudure en point de couture après décapsulation par ablation au laser . 34
Figure D.4 – Puce et contacts soudés par fil décapsulés par ablation au laser . 34
Figure E.1 – Exemple de section transversale d’un contact à fil de cuivre . 36
Figure E.2 – Analyse d’image de la répartition des pixels dans le cercle ajusté
(représente la boule). 36
Figure E.3 – Images de l’étude de corrélation "image optique contre image SEM" . 37

COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
____________
Dispositifs à semiconducteurs -
Méthodes d’essais mécaniques et climatiques -
Partie 22-2: Robustesse des contacts soudés -
Méthodes d’essais de cisaillement des contacts soudés par fil

AVANT-PROPOS
1) La Commission Électrotechnique Internationale (IEC) est une organisation mondiale de normalisation composée
de l’ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de l’IEC). L’IEC a pour objet de
favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les domaines de
l’électricité et de l’électronique. À cet effet, l’IEC – entre autres activités – publie des Normes internationales,
des Spécifications techniques, des Rapports techniques, des Spécifications accessibles au public (PAS) et des
Guides (ci-après dénommés "Publication(s) de l’IEC"). Leur élaboration est confiée à des comités d’études, aux
travaux desquels tout Comité national intéressé par le sujet traité peut participer. Les organisations
internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’IEC, participent également aux
travaux. L’IEC collabore étroitement avec l’Organisation Internationale de Normalisation (ISO), selon des
conditions fixées par accord entre les deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de l’IEC concernant les questions techniques représentent, dans la mesure du
possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux de l’IEC intéressés
sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les Publications de l’IEC se présentent sous la forme de recommandations internationales et sont agréées
comme telles par les Comités nationaux de l’IEC. Tous les efforts raisonnables sont entrepris afin que l’IEC
s’assure de l’exactitude du contenu technique de ses publications; l’IEC ne peut pas être tenue responsable de
l’éventuelle mauvaise utilisation ou interprétation qui en est faite par un quelconque utilisateur final.
4) Dans le but d’encourager l’uniformité internationale, les Comités nationaux de l’IEC s’engagent, dans toute la
mesure possible, à appliquer de façon transparente les Publications de l’IEC dans leurs publications nationales
et régionales. Toutes divergences entre toutes Publications de l’IEC et toutes publications nationales ou
régionales correspondantes doivent être indiquées en termes clairs dans ces dernières.
5) L’IEC elle-même ne fournit aucune attestation de conformité. Des organismes de certification indépendants
fournissent des services d’évaluation de conformité et, dans certains secteurs, accèdent aux marques de
conformité de l’IEC. L’IEC n’est responsable d’aucun des services effectués par les organismes de certification
indépendants.
6) Tous les utilisateurs doivent s’assurer qu’ils sont en possession de la dernière édition de cette publication.
7) Aucune responsabilité ne doit être imputée à l’IEC, à ses administrateurs, employés, auxiliaires ou mandataires,
y compris ses experts particuliers et les membres de ses comités d’études et des Comités nationaux de l’IEC,
pour tout préjudice causé en cas de dommages corporels et matériels, ou de tout autre dommage de quelque
nature que ce soit, directe ou indirecte, ou pour supporter les coûts (y compris les frais de justice) et les dépenses
découlant de la publication ou de l’utilisation de cette Publication de l’IEC ou de toute autre Publication de l’IEC,
ou au crédit qui lui est accordé.
8) L’attention est attirée sur les références normatives citées dans cette publication. L’utilisation de publications
référencées est obligatoire pour une application correcte de la présente publication.
9) L’IEC attire l’attention sur le fait que la mise en application du présent document peut entraîner l’utilisation d’un
ou de plusieurs brevets. L’IEC ne prend pas position quant à la preuve, à la validité et à l’applicabilité de tout
droit de brevet revendiqué à cet égard. À la date de publication du présent document, l’IEC n’avait pas reçu
notification qu’un ou plusieurs brevets pouvaient être nécessaires à sa mise en application. Toutefois, il y a lieu
d’avertir les responsables de la mise en application du présent document que des informations plus récentes
sont susceptibles de figurer dans la base de données de brevets, disponible à l’adresse https://patents.iec.ch.
L’IEC ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur
existence.
L’IEC 60749-22-2 a été établie par le comité d’études 47 de l’IEC: Dispositifs à
semiconducteurs. Il s’agit d’une Norme internationale.
La présente Norme internationale doit être utilisée conjointement avec l’IEC 60749-22-1:2025.
Cette première édition, conjointement avec la première édition de l’IEC 60749-22-1, annule et
remplace la première édition de l’IEC 60749-22 parue en 2002. Elle est basée sur le document
JESD22-B120 de la JEDEC. Elle est utilisée avec l’autorisation du détenteur des droits d’auteur,
la JEDEC Solid State Technology Association.
Cette édition inclut les modifications techniques majeures suivantes par rapport à l’édition
précédente:
a) mise à jour majeure, incluant de nouvelles techniques et l’utilisation de nouveaux matériaux
(par exemple le fil de cuivre) impliquant une réécriture complète en deux sous-parties
séparées (le présent document et l’IEC 60749-22-1).
Le texte de cette Norme internationale est issu des documents suivants:
Projet Rapport de vote
47/2959/FDIS 47/2981/RVD
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à son approbation.
La langue employée pour l’élaboration de cette Norme internationale est l’anglais.
La version française de la norme n’a pas été soumise au vote.
Ce document a été rédigé selon les Directives ISO/IEC, Partie 2, il a été développé selon les
Directives ISO/IEC, Partie 1 et les Directives ISO/IEC, Supplément IEC, disponibles sous
www.iec.ch/members_experts/refdocs. Les principaux types de documents développés par
l’IEC sont décrits plus en détail sous www.iec.ch/publications.
Une liste de toutes les parties de la série IEC 60749, publiées sous le titre général Dispositifs à
semiconducteurs - Méthodes d’essais mécaniques et climatiques, se trouve sur le site Web de
l’IEC.
Le comité a décidé que le contenu de ce document ne sera pas modifié avant la date de stabilité
indiquée sur le site web de l’IEC sous webstore.iec.ch dans les données relatives au document
recherché. À cette date, le document sera
– reconduit,
– supprimé, ou
– remplacé par une édition révisée.

1 Domaine d’application
La présente partie de l’IEC 60749 établit des moyens de détermination de la robustesse d’une
soudure à boule écrasée sur la surface de collage d’une puce ou d’un boîtier, et peut être
appliquée à des dispositifs avant et après encapsulation. Cette mesure de la robustesse des
contacts soudés est extrêmement importante dans la détermination de deux caractéristiques:
a) l’intégrité de la soudure métallurgique qui a été formée, et
b) la qualité des soudures à boule écrasée sur les surfaces de collage de la puce ou du boîtier.
Cette méthode d’essai couvre les soudures (à boule écrasée) thermosoniques de petit diamètre
de fil entre 15 µm et 76 µm (0,000 6" à 0,003").
Cette méthode d’essai ne peut être utilisée que lorsque les contacts sont suffisamment grands
pour permettre un bon contact avec le ciseau d’essai de cisaillement et lorsqu’aucune structure
adjacente interférente n’entrave le déplacement du ciseau. Afin d’obtenir des résultats de
cisaillement constants, la hauteur de la boule est d’au moins 4,0 µm (0,000 6") pour les
soudures à boule écrasée, ce qui représente l’état de la technique actuel pour les équipements
d’essai de cisaillement des contacts soudés au moment de la présente révision.
Cette méthode d’essai peut également être utilisée sur les soudures à boule écrasée dont le fil
a été retiré et sur lesquelles un second fil de contact (généralement une soudure en point de
couture) est placé. Ceci est appelé "point de couture sur boule" et "soudure inverse".
Voir l’Annexe A pour plus de précisions.
L’essai de cisaillement des contacts soudés est destructif. Il est adapté au développement de
processus, au contrôle de processus ou à l’assurance qualité.
Cette méthode d’essai peut être utilisée sur des soudures (en biseau) ultrasoniques,
toutefois son utilisation ne s’est pas révélée être un indicateur constant d’intégrité de la
soudure. Voir l’Annexe B pour plus d’informations sur l’exécution de l’essai de cisaillement sur
des soudures en biseau.
Cette méthode d’essai n’inclut pas l’essai de robustesse des contacts soudés à l’aide de l’essai
d’arrachement par traction des contacts soudés par fil. L’essai d’arrachement par traction des
contacts soudés par fil est décrit dans l’IEC 60749-22-1.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie
de leur contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées,
seule l’édition citée s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document
de référence s’applique (y compris les éventuels amendements).
IEC 60749-22-1, Dispositifs à semiconducteurs - Méthodes d’essais mécaniques et
climatiques - Partie 22-1: Essai de robustesse des contacts soudés - Méthodes d’essais
d’arrachement par traction des contacts soudés par fil
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées
en normalisation, consultables aux adresses suivantes:
– IEC Electropedia: disponible à l’adresse https://www.electropedia.org/
– ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https://www.iso.org/obp
3.1 Termes et définitions
3.1.1
soudure à boule écrasée
première soudure pendant le processus de collage thermosonique (boule), dans laquelle
l’extrémité d’un fil de petit diamètre (généralement en or, cuivre ou argent) est collée à une
surface de collage de puce (généralement une métallisation d’embase en alliage d’aluminium)
Note 1 à l’article: La soudure à boule écrasée inclut la partie agrandie sphérique ou en tête de clou du fil qui est
fournie par la fusion, la plaquette de collage sous-jacente et l’interface de soudage métallurgique entre le point en
forme de boule et la plaquette de collage.
3.1.2
surface de collage
surface sur laquelle le fil est soudé, qui peut être l’une quelconque des suivantes:
1) la métallisation de l’embase ou la métallisation de la surface de la puce (par exemple
MOSFET), 2) la métallisation de la surface du boîtier (par exemple grille de connexion, substrat,
borne), 3) un bossage (voir également "soudure inverse" et "bossage") ou 4) une couture
soudée sur l’embase/le drapeau ou une métallisation de surface de boîtier (voir également
"soudure de sécurité" et "boucle de sécurité")
3.1.3
cisaillement du contact soudé
procédé suivant lequel un appareil utilise un outil en forme de ciseau pour cisailler ou pousser
une soudure à boule écrasée hors de la surface de collage
Note 1 à l’article: La force exigée pour provoquer cette séparation est enregistrée et considérée comme la force de
résistance au cisaillement opposée par le contact. Quand on la corrèle au diamètre de la soudure à boule écrasée,
la résistance au cisaillement d’une soudure à boule écrasée est un indicateur de la qualité de la soudure
métallurgique entre la soudure à boule écrasée et la métallisation de la surface de collage.
Voir la Figure 1.
NOTE Configurations similaires pour contacts soudés sur d’autres surfaces de collage, tels les substrats/grilles de
connexion de boîtier.
Figure 1 – Configuration de cisaillement du contact soudé
pour un contact sur une plaquette de collage de puce
3.1.4
outil de cisaillement
bras de cisaillement
ciseau (fait de carbure de tungstène ou d’un matériau équivalent ayant des propriétés
mécaniques similaires) présentant des angles spécifiques sur le fond et l’arrière de l’outil pour
assurer une action de cisaillement
3.1.5
soudure en point de couture
deuxième soudure pendant le processus de collage thermosonique (boule), dans laquelle le fil
est généralement collé à la surface de collage du boîtier (par exemple grille de connexion,
substrat, borne, etc.)
Note 1 à l’article: Une soudure en point de couture est également appelée soudure en croissant.
Note 2 à l’article: Pour certaines constructions uniques (par exemple les soudures inverses), la deuxième soudure
peut être formée au sommet d’un bossage. Voir également "soudure inverse" et "bossage".
3.1.6
soudure en biseau
fixation d’un fil généralement en aluminium, cuivre ou or) ou d’un ruban en aluminium sur une
surface de collage de puce (généralement métallisation de plaquette en aluminium) ou la
surface de collage de boîtier (habituellement une borne ou un contact de grille de connexion
plaquée) à l’aide d’un processus de collage ultrasonique
Note 1 à l’article: Voir l’Annexe B pour plus d’informations sur l’exécution de l’essai de cisaillement sur des
soudures en biseau.
3.2 Termes et définitions applicables à l’Annexe B
3.2.1
surface de collage
soit 1) métallisation de l’embase, soit 2) métallisation de la surface du boîtier à laquelle le fil
est soudé en biseau
3.2.2
cisaillement du contact soudé
procédé suivant lequel un appareil utilise un outil en forme de ciseau pour cisailler ou pousser
une soudure en biseau hors de la plaquette de collage
Note 1 à l’article: La résistance au cisaillement d’une soudure en biseau comparée à la résistance du fil à la traction
spécifiée par le fabricant est un indicateur de l’intégrité de la soudure entre le fil et la métallisation de la plaquette
de collage ou de la surface du boîtier.
3.2.3
empreinte du contact soudé
surface du fil ayant une interface de collage physique
(intermétallique ou recristallisée) par rapport à la surface comprimée du fil
Note 1 à l’article: La soudure en biseau inclut la surface comprimée (à soudure ultrasonique) du fil et la surface de
collage sous-jacente. Lors du collage d’un fil d’aluminium sur une plaquette de collage de puce en alliage d’aluminium
ou du collage d’un fil de cuivre sur une grille de connexion en alliage de cuivre, il n’y a pas d’intermétallisation entre
la soudure en biseau et la plaquette de collage puisque les deux matériaux sont de même composition, mais les
deux matériaux sont recristallisés ensemble par l’énergie ultrasonique du processus de soudage.
4 Appareillage et matériel exigés
4.1 Équipement d’inspection
Système de microscope optique ou microscope électronique à balayage fournissant un
grossissement minimal de 70X. Un grossissement plus élevé peut être nécessaire pour un fil
de 15 µm (0,000 6") de diamètre.
4.2 Matériel de mesure
Un dispositif optique de mesure associé au microscope capable de mesurer le diamètre du
contact soudé avec une précision de ±2,54 µm (0,000 1").
4.3 Support de travail
Support utilisé pour maintenir la partie soumise à essai parallèlement au plan de cisaillement
et perpendiculairement à l’outil de cisaillement. Le support doit également éliminer le
mouvement des pièces pendant l’essai de cisaillement. En cas d’utilisation d’un support de
travail contrôlé par un étrier, placer le support de façon que le mouvement de cisaillement soit
à l’encontre de la butée positive de l’étrier. Cela permet de s’assurer que le mouvement de
recul du support de travail contrôlé par l’étrier n’influence pas l’essai de cisaillement du contact
soudé.
4.4 Équipement de cisaillement du contact soudé
L’équipement de cisaillement du contact soudé doit être capable de placer l’outil de cisaillement
avec précision et de manière répétable par rapport à la hauteur de la boule et à la surface de
collage. La distance spécifiée (h) au-dessus de la partie supérieure de la surface de collage
(par exemple couche de passivation sur CI, masque de brasure sur substrat organique) doit
assurer que l’outil de cisaillement ne touche pas la surface de collage (par exemple couche
supérieure de passivation ou de polyimide, masque de brasure) et doit être inférieure à la
distance entre la partie supérieure de la surface de collage et la ligne centrale (CL) de la
soudure à boule écrasée (voir la Figure 2). Voir l’Annexe C pour des recommandations lorsque
la passivation, ou d’autres structures à la surface de la puce et des éclaboussures excessives
d’Al empêchent l’outil de cisaillement d’entrer en contact avec la boule sous la ligne centrale.
Figure 2 – Placement en hauteur correct de l’outil de cisaillement
par rapport à la ligne centrale de la boule
4.5 Configuration de l’outil de cisaillement de contact soudé
Lors du choix du ciseau approprié pour le contact soudé à cisailler, les points à prendre en
compte incluent, entre autres, une face de cisaillement plate, un bord de cisaillement tranchant,
une largeur de cisaillement d’au moins 1,2X le diamètre du contact et la longueur du contact. Il
convient que l’échantillon et le ciseau soient propres et exempts de tout copeau ou autre défaut
qui pourrait interférer avec l’essai de cisaillement.
Il convient également d’examiner les contacts pour déterminer si les structures perturbatrices
adjacentes sont suffisamment éloignées pour permettre un placement et une distance
appropriés (au-dessus de la surface de collage et entre les contacts adjacents) pour l’outil
d’essai de cisaillement.
5 Procédure
5.1 Étalonnage
Avant d’effectuer l’essai de cisaillement du contact soudé, il doit être vérifié que l’équipement
a été étalonné conformément aux spécifications du fabricant et que l’étalonnage est valide. Un
nouvel étalonnage est exigé si l’équipement est déménagé vers un autre emplacement.
5.2 Examen visuel des contacts soudés à soumettre à essai après décapsulation
5.2.1 Utilisation de l’examen visuel
En plus de pouvoir contrôler le processus de fabrication, cette méthode d’essai peut également
être utilisée pour évaluer la robustesse des contacts soudés des dispositifs encapsulés après
les opérations de brasage ou après les essais de fiabilité sous contrainte. Pour ce faire, il
convient d’enlever le matériau d’encapsulation de manière à ne pas dégrader significativement
le fil, le contact soudé, l’interface de collage ou la surface de collage. Les valeurs de la force
de cisaillement sont souvent plus faibles pour les contacts qui ont été décapsulés et ne peuvent
donc pas être comparées à des valeurs pour des contacts similaires non encapsulés. Si le
processus de décapsulation est bien contrôlé et reproductible, ce qui est le cas pour les fils
d’or, alors cette méthode d’essai peut être utilisée pour la comparaison lot à lot; cependant, il
peut être difficile de contrôler de manière cohérente le processus de décapsulation des fils de
cuivre pour assurer l’exactitude des résultats. Pour les fils de cuivre, il a été constaté que
l’efficacité de la gravure variait en fonction du matériau d’encapsulation et du niveau des essais
de fiabilité sous contrainte réalisés sur les échantillons. Voir l’Annexe D pour plus
d’informations sur le processus de décapsulation des dispositifs équipés de contacts soudés
par fil en Cu.
Les contacts soudés doivent également être examinés pour déterminer si une quantité
suffisante de matériau d’encapsulation a été retirée pour permettre un placement et une
distance appropriés (au-dessus de la surface de collage et entre les contacts adjacents) pour
l’outil d’essai de cisaillement.
5.2.2 Examen des plaquettes de collage et critères d’acceptabilité pour la
métallisation des plaquettes de collage en aluminium et en cuivre
En cas d’essais de cisaillement des contacts soudés sur un dispositif qui a été ouvert en
utilisant des techniques de gravure chimique humide ou sèche, les plaquettes de collage
doivent être examinées pour s’assurer qu’il n’y a pas d’absence de métallisation sur la surface
de collage due à la gravure chimique, et que les contacts soudés par fils sont fixés à la surface
de collage. Les contacts soudés sur des plaquettes de collage en aluminium ou en cuivre
présentant une attaque chimique ou une absence de métallisation significative ne doivent pas
être utilisés pour les essais de cisaillement des contacts soudés. Les résultats de cisaillement
pour tous les contacts endommagés découverts lors de l’inspection post-cisaillement peuvent
également être exclus. Il est possible que les contacts par fil sur les surfaces de collage sans
dégradation due à une attaque chimique ne soient pas fixés à la surface de collage en raison
d’autres causes (par exemple contrainte sur le boîtier). Ces contacts par fil sont considérés
comme valides et doivent être inclus dans les données de cisaillement en tant que valeur de
force de cisaillement nulle (0).
5.2.3 Examen et critères d’acceptabilité des contacts soudés en cuivre et du fil en
cuivre
Lors d’un essai de cisaillement des contacts soudés sur un dispositif avec des fils de cuivre, le
contact en Cu et le fil en Cu doivent être examinés avant ou après l’essai de cisaillement, afin
de s’assurer qu’il n’y a pas de perte significative de métal ou d’autres dommages dus au
processus de décapsulation susceptibles d’affecter les résultats de l’essai de cisaillement.
Le résultat du cisaillement peut être exclu pour un contact en cuivre ou un fil de cuivre ayant
subi une attaque chimique importante ou d’autres dommages dus au processus de
décapsulation.
L’Annexe D fournit des informations supplémentaires pour évaluer le niveau de dommage
acceptable.
5.3 Mesure du diamètre de la soudure à boule écrasée pour déterminer les critères de
rupture par cisaillement de la soudure à boule écrasée
Une fois que les surfaces de collage ont été examinées et avant d’effectuer l’essai de
cisaillement, le diamètre de toutes les soudures à boule écrasée à soumettre à essai doit être
mesuré et consigné. La boule est mesurée au point le plus large de la soudure à boule écrasée.
Pour les soudures à boule écrasée symétriques (essentiellement rondes), une seule mesure
par soudure doit être prise.
Pour les soudures asymétriques, déterminer le diamètre moyen en utilisant à la fois le diamètre
le plus grand (d ) et le plus petit (d ) (voir la Figure 3). Ces deux mesures de diamètre
grand petit
de soudure à boule écrasée doivent être utilisées pour déterminer la valeur moyenne du
diamètre. Le diamètre moyen obtenu pour la soudure à boule écrasée doit ensuite être utilisé
pour établir les critères de défaillance tels que définis dans les normes de qualification de
cisaillement du contact soudé.
Figure 3 – Mesure de la soudure à boule écrasée: vue de côté
et vue de dessus (symétrique versus asymétrique)
Pour déterminer si la soudure cisaillée satisfait aux critères d’acceptabilité énoncés dans le
document JESD47, la force de cisaillement doit être divisée par la surface de la soudure à
boule écrasée. La formule pour la surface est la suivante:
(1)
A πr π d /4
( )
où d est le diamètre mesuré ci-dessus (ou le diamètre moyen pour une soudure à boule écrasée
asymétrique) pour le contact à cisailler.
Pour faciliter un essai plus rapide, un diamètre de soudure à boule écrasée statistiquement
représentatif peut être utilisé avec toutes les soudures cisaillées dans un échantillon lors du
calcul de la force de cisaillement par unité de surface pour chaque soudure cisaillée (au lieu
d’utiliser le diamètre de boule correspondant pour chaque boule cisaillée pour calculer sa force
de cisaillement par unité de surface).
5.4 Réalisation de l’essai de cisaillement des contacts soudés
L’équipement de cisaillement des contacts soudés doit réussir tous les essais d’auto-diagnostic
avant de commencer l’essai. L’équipement de cisaillement et la zone d’essai doivent être
exempts de vibrations ou de mouvements excessifs. Examiner l’outil de cisaillement pour
vérifier qu’il est en bon état et qu’il n’est pas plié ou endommagé. Vérifier l’outil de cisaillement
pour vérifier qu’il est en position haute.
Ajuster le support de travail pour qu’il corresponde à la partie soumise à essai. Fixer la pièce
sur le support de travail. S’assurer que la surface de la puce est parallèle au plan de
cisaillement de l’outil de cisaillement. Il est important que l’outil de cisaillement ne touche pas
la surface de la puce ou des structures adjacentes pendant l’opération de cisaillement, car cela
donnerait lieu à des valeurs élevées incorrectes.
Positionner la pièce de façon à ce que le contact soudé à soumettre à essai soit adjacent à
l’outil de cisaillement. Abaisser l’outil de cisaillement, ou relever la pièce en fonction de
l’équipement de cisaillement utilisé, jusqu’à environ la hauteur à partir de laquelle le contact
doit être cisaillé, sans toucher la surface. (Voir la Figure 2, distance "h").
Positionner la soudure à boule écrasée à soumettre à essai de sorte que le mouvement de
cisaillement se déplace perpendiculairement au bord de la surface. Positionner l’outil de
cisaillement à peu près dans le diamètre d’une boule du contact à soumettre à essai de
cisaillement et cisailler le contact.
==
Les données historiques montrent que la variation de la vitesse de cisaillement peut avoir un
léger effet sur les résultats de cisaillement des soudures à boule écrasée en or. Si des résultats
d’essai de différents lots de collage des fils doivent être comparés, toute variation de la vitesse
d’essai doit être prise en compte.
5.5 Examen des contacts cisaillés
Tous les contacts doivent être cisaillés dans un ordre planifié ou défini de sorte que l’examen
visuel ultérieur puisse déterminer quelles valeurs de cisaillement il convient d’éliminer en raison
d’un cisaillement incorrect. Les contacts doivent être examinés conformément aux codes de
5.6 avec un grossissement d’au moins 70X pour déterminer si l’outil de cisaillement a sauté sur
le contact (type 5) ou si l’outil a raclé ou labouré la surface de la puce (type 4). Les conditions
de cisaillement défectueux de type 4 et de type 5 ne sont pas valides et doivent être éliminées
des données de cisaillement (voir la Figure 4).
Les contacts cisaillés qui présentent des cratères de type 3 doivent faire l’objet d’une enquête
plus approfondie pour déterminer si ces fissures ou cratères sont dus à un état préexistant dans
le silicium ou à une métallisation sous les plaquettes de collage avant l’opération de collage,
ou si elles sont dues au collage. L’apparition de cratères résultant du processus de collage doit
être considérée comme valide et incluse dans les données de cisaillement. Tous les contacts
avec un état préexistant dans le silicium ou la métallisation sous la plaquette de collage sont
invalides pour cette méthode d’essai et ne doivent pas être inclus dans les données de
cisaillement. S’il s’avère qu’un état préexistant dans le silicium ou une métallisation sous la
plaquette de collage, ou les deux, provoquent des cratères, cet état préexistant ou cette
métallisation doivent être traités.
5.6 Codes de cisaillement pour les soudures à boule écrasée
5.6.1 Généralités
Les codes de cisaillement pour les soudures à boule écrasée sont donnés de la Figure 4 à la
Figure 17.
Figure 4 – Type 1: Soulèvement du contact – Aluminium doré
IEC 60749-22
...

IEC 60749-22-2 ®
Edition 1.0 2025-11
INTERNATIONAL
STANDARD
NORME
INTERNATIONALE
Semiconductor devices - Mechanical and climatic test methods -
Part 22-2: Bond strength - Wire bond shear test methods

Dispositifs à semiconducteurs - Méthodes d'essais mécaniques et climatiques -
Partie 22-2: Robustesse des contacts soudés - Méthodes d'essais de
cisaillement des contacts soudés par fil
ICS 31.080.01  ISBN 978-2-8327-0882-8

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CONTENTS
FOREWORD . 4
1 Scope . 6
2 Normative references . 6
3 Terms and definitions . 6
3.1 Terms and defintions. 7
3.2 Terms and definitions applicable to Annex B. 8
4 Apparatus and material required . 8
4.1 Inspection equipment . 8
4.2 Measurement equipment . 8
4.3 Workholder . 9
4.4 Bond shear equipment . 9
4.5 Bond shear chisel tool setup . 9
5 Procedure . 9
5.1 Calibration . 9
5.2 Visual examination of bonds to be tested after decapsulation . 10
5.2.1 Usage of visual examination. 10
5.2.2 Bond pad examination and acceptability criteria for both Al and Cu bond
pad metallization . 10
5.2.3 Copper bond and Cu wire examination and acceptability criteria . 10
5.3 Measurement of the ball bond diameter to determine the ball bond shear
failure criteria . 10
5.4 Performing the bond shear test . 11
5.5 Examination of sheared bonds . 12
5.6 Bond shear codes for ball bonds . 12
5.6.1 General. 12
5.6.2 Type 1 – Bond lift . 16
5.6.3 Type 2 – Bond shear . 17
5.6.4 Type 3 – Cratering . 19
5.6.5 Type 4 – arm contacts specimen (bonding surface contact) . 21
5.6.6 Type 5 – shearing skip . 21
5.6.7 Type 6 – Bond pad (or bonding surface) lift . 21
5.7 Bond shear data . 22
6 Summary . 22
Annex A (informative) Performing this test method on "stitch on ball" bonds . 23
Annex B (informative) Performing this test method on ultrasonic wedge bonds. 25
B.1 General . 25
B.2 Additions and modifications of the main text . 25
B.2.1 Addition to Clause 1 . 25
B.2.2 Addition to Clause 3 . 25
B.2.3 Replacement of 4.4 . 25
B.2.4 Replacement of 5.4 . 26
B.2.5 Replacement of 5.5 . 26
B.2.6 Additional text to 5.6 . 26
B.2.7 Replacement of Clause 6 . 26
Annex C (informative) Performing shear testing when a tool cannot reach below bond
centreline . 27
Annex D (informative) Concerns with decapsulation processes for devices with copper
wirebonds . 29
Annex E (informative) Bond contact area – Valid method for comparing shear force . 32
Bibliography . 34

Figure 1 – Bond shear set-up for bond on die bonding pad . 7
Figure 2 – Proper height placement of shear tool with respect to ball centre line . 9
Figure 3 – Ball bond measurement: side view and top view (for symmetrical versus
asymmetrical) . 11
Figure 4 – Type 1: Bond lift – Gold aluminium . 12
Figure 5 – Type 1: Bond lift – Copper/aluminium, copper/copper and gold/gold . 12
Figure 6 – Type 1: Bond lift – All metal systems on leadframe or substrate . 13
Figure 7 – Type 2: Bond shear – All metal systems – Variation A – Separation within
bonding surface metalization . 13
Figure 8 – Type 2: Bond shear – Gold/aluminium – Variation B – Separation wholly
within intermetallic layer . 13
Figure 9 – Type 2: Bond shear – All metal systems and surfaces, except
Gold/aluminium – Variation B – Separation at bonding surface . 14
Figure 10 – Type 2: Bond shear – All metal systems and bonding surfaces –
Variation C – Separation at material interface and within bulk material . 14
Figure 11 – Type 2: Bond shear – All metal systems – Variation D – Separation within
ball bond . 14
Figure 12 – Type 2: Bond shear – All metal systems on leadframe or substrate –
Variation D – Separation within ball bond . 15
Figure 13 – Type 3: Cratering . 15
Figure 14 – Type 4: Bonding surface contact . 15
Figure 15 – Type 5: Shearing skip . 16
Figure 16 – Type 6: Bonding pad surface lift . 16
Figure 17 – Type 6: Leadframe or substrate bond pad or bonding surface
metalization lift . 16
Figure 18 – Imprints on Al pad from lifted bonds with no evidence of shearing (Type 1) . 17
Figure 19 – Shear of aluminium pad (with copper wire) (Type 2 – Variation A) . 18
Figure 20 – Shear wholly within gold/aluminium intermetallic layer (Type 2 –
Variation B) . 18
Figure 21 – Shear in bulk copper ball bond and at material interface (Type 2 –
Variation C) . 19
Figure 22 – Shear wholly within gold ball bond (Type 2 – Variation D) . 19
Figure 23 – Shear wholly within Cu ball bond (Type 2 – Variation D) . 19
Figure 24 – Bond pad cratering after shear test . 20
Figure 25 – Bond pad cratering (pad and ball view) and validation of crack and thin Al
on another pad . 20
Figure 26 – Images of shear tool contacting the bonding surface (shear tool set
too low) . 21
Figure 27 – Images of shearing skip (shear tool set too high) . 21
Figure 28 – Images of bonding surface lifting . 22
Figure A.1 – Top view of "stitch on ball" bond . 23
Figure A.2 – Side view of "stitch on ball" bond . 23
Figure A.3 – Die to die bonding . 24
Figure A.4 – "Reverse" bond, with ball on leadframe . 24
Figure C.1 – Passivation preventing proper height placement of shear tool. 27
Figure C.2 – Remnant due to shear tool placement above centreline . 27
Figure C.3 – Views of excessive Al splash . 28
Figure D.1 – Images of copper ball bonds showing severe damage from etching
process . 29
Figure D.2 – Comparison images showing degree of Cu attack due to two different
etchants . 29
Figure D.3 – Stitch bond after decapsulation using laser ablation . 30
Figure D.4 – Die and wirebonds decapsulated using laser ablation . 31
Figure E.1 – Sample cross section of a copper wire bond . 32
Figure E.2 – Image analysis of pixel distribution within the fitted circle (represents ball) . 33
Figure E.3 – Images of "optical versus SEM" correlation study . 33

INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
____________
Semiconductor devices - Mechanical and climatic test methods -
Part 22-2: Bond strength - Wire bond shear test methods

FOREWORD
1) The International Electrotechnical Commission (IEC) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of IEC is to promote international
co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To this end and
in addition to other activities, IEC publishes International Standards, Technical Specifications, Technical Reports,
Publicly Available Specifications (PAS) and Guides (hereafter referred to as "IEC Publication(s)"). Their
preparation is entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested in the subject dealt with
may participate in this preparatory work. International, governmental and non-governmental organizations liaising
with the IEC also participate in this preparation. IEC collaborates closely with the International Organization for
Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the two organizations.
2) The formal decisions or agreements of IEC on technical matters express, as nearly as possible, an international
consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation from all
interested IEC National Committees.
3) IEC Publications have the form of recommendations for international use and are accepted by IEC National
Committees in that sense. While all reasonable efforts are made to ensure that the technical content of IEC
Publications is accurate, IEC cannot be held responsible for the way in which they are used or for any
misinterpretation by any end user.
4) In order to promote international uniformity, IEC National Committees undertake to apply IEC Publications
transparently to the maximum extent possible in their national and regional publications. Any divergence between
any IEC Publication and the corresponding national or regional publication shall be clearly indicated in the latter.
5) IEC itself does not provide any attestation of conformity. Independent certification bodies provide conformity
assessment services and, in some areas, access to IEC marks of conformity. IEC is not responsible for any
services carried out by independent certification bodies.
6) All users should ensure that they have the latest edition of this publication.
7) No liability shall attach to IEC or its directors, employees, servants or agents including individual experts and
members of its technical committees and IEC National Committees for any personal injury, property damage or
other damage of any nature whatsoever, whether direct or indirect, or for costs (including legal fees) and
expenses arising out of the publication, use of, or reliance upon, this IEC Publication or any other IEC
Publications.
8) Attention is drawn to the Normative references cited in this publication. Use of the referenced publications is
indispensable for the correct application of this publication.
9) IEC draws attention to the possibility that the implementation of this document may involve the use of (a)
patent(s). IEC takes no position concerning the evidence, validity or applicability of any claimed patent rights in
respect thereof. As of the date of publication of this document, IEC had not received notice of (a) patent(s), which
may be required to implement this document. However, implementers are cautioned that this may not represent
the latest information, which may be obtained from the patent database available at https://patents.iec.ch. IEC
shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
IEC 60749-22-2 has been prepared by IEC technical committee 47: Semiconductor devices.
It is an International Standard.
This International Standard is to be used in conjunction with IEC 60749-22-1:2025.
This first edition, together with the first edition of IEC 60749-22-1, cancels and replaces the first
edition IEC 60749-22 published in 2002. It is based on JEDEC document JESD22-B120. lt is
used with permission of the copyright holder, JEDEC Solid State Technology Association.
This edition includes the following significant technical changes with respect to the previous
edition:
a) Major update, including new techniques and use of new materials (e.g. copper wire)
involving a complete rewrite as two separate subparts (this document and IEC 60749-22-1).
The text of this International Standard is based on the following documents:
Draft Report on voting
47/2959/FDIS 47/2981/RVD
Full information on the voting for its approval can be found in the report on voting indicated in
the above table.
The language used for the development of this International Standard is English.
This document was drafted in accordance with ISO/IEC Directives, Part 2, and developed in
accordance with ISO/IEC Directives, Part 1 and ISO/IEC Directives, IEC Supplement, available
at www.iec.ch/members_experts/refdocs. The main document types developed by IEC are
described in greater detail at www.iec.ch/publications.
A list of all parts in the IEC 60749 series, published under the general title Semiconductor
devices - Mechanical and climatic test methods, can be found on the IEC website.
The committee has decided that the contents of this document will remain unchanged until the
stability date indicated on the IEC website under webstore.iec.ch in the data related to the
specific document. At this date, the document will be
– reconfirmed,
– withdrawn, or
– revised.
1 Scope
This part of IEC 60749 establishes a means for determining the strength of a ball bond to a die
or package bonding surface and can be performed on pre-encapsulation or post-encapsulation
devices. This measure of bond strength is extremely important in determining two features:
a) the integrity of the metallurgical bond which has been formed, and
b) the quality of ball bonds to die or package bonding surfaces.
This test method covers thermosonic (ball) bonds made with small diameter wire from 15 µm to
76 µm (0,000 6" to 0,003").
This test method can only be used when the bonds are large enough to allow for proper contact
with the shear test chisel and when there are no adjacent interfering structures that would hinder
the movement of the chisel. For consistent shear results the ball height will be at least 4,0 µm
(0,000 6 ") for ball bonds, which is the current state of the art for bond shear test equipment at
the time of this revision.
This test method can also be used on ball bonds that have had their wire removed and on to
which a second bond wire (typically a stitch bond) is placed. This is known as "stitch on ball"
and "reverse bonding". See Annex A for additional information.
The wire bond shear test is destructive. It is appropriate for use in process development,
process control, or quality assurance, or both.
This test method can be used on ultrasonic (wedge) bonds, however its use has not been shown
to be a consistent indicator of bond integrity. See Annex B for information on performing shear
testing on wedge bonds.
This test method does not include bond strength testing using wire bond pull testing. Wire bond
pull testing is described in IEC 60749-22-1.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies.
For undated references, the latest edition of the referenced document (including any
amendments) applies.
IEC 60749-22-1, Semiconductor devices - Mechanical and climatic test methods - Part 22-1:
Bond strength testing - Wire bond pull test methods
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following
addresses:
– IEC Electropedia: available at https://www.electropedia.org/
– ISO Online browsing platform: available at https://www.iso.org/obp
3.1 Terms and defintions
3.1.1
ball bond
first bond during the thermosonic (ball) bonding process, in which the end of a small diameter
wire (typically gold, copper, or silver) is bonded to a die bonding surface (typically an aluminium
alloy die pad metallization)
Note 1 to entry: The ball bond includes the enlarged spherical or nail-head portion of the wire that is provided by
the electronic flame-off, the underlying bonding pad, and the metallurgical weld interface between the ball bond and
the bonding pad.
3.1.2
bonding surface
surface to which the wire is bonded, which can be any one of the following: 1) the die pad
metallization or die surface metallization (e.g., MOSFET), 2) the package surface metallization
(e.g. leadframe, substrate, post), 3) a bump (see also "reverse bond" and "bump"), or 4) a
bonded stitch on die pad/flag or package surface metallization (see also "security bond" and
"security loop")
3.1.3
bond shear
process in which an instrument uses a chisel-shaped tool to shear or push a ball bond off the
bonding surface
Note 1 to entry: The force required to cause this separation is recorded and is referred to as the bond shear force.
The bond shear force of a ball bond, when correlated to the diameter of the ball bond, is an indicator of the quality
of the metallurgical bond between the ball bond and the bonding surface metallization.
SEE: Figure 1.
NOTE Similar setup for bonds on other bonding surfaces, such as package substrate/leadframe.
Figure 1 – Bond shear set-up for bond on die bonding pad
3.1.4
shear tool
shear arm
chisel (made of tungsten carbide or an equivalent material with similar mechanical properties)
with specific angles on the bottom and back of the tool to ensure a shearing action
3.1.5
stitch bond
second bond during the thermosonic (ball) bonding process, in which the wire is typically
bonded to the package bonding surface (e.g. leadframe, substrate, post, etc.)
Note 1 to entry: A stitch bond is also be referred to as a crescent bond.
Note 2 to entry: For some unique constructions (e.g., reverse bond), the second bond can be formed on top of a
bump. See also "reverse bond" and "bump".
3.1.6
wedge bond
attachment of a wire (typically aluminium, copper, or gold) or an aluminium ribbon to a die
bonding surface (typically aluminium pad metallization) or the package bonding surface (usually
a plated leadframe post or finger) using an ultrasonic bonding process
Note 1 to entry: See Annex B for information on performing shear testing on wedge bonds.
3.2 Terms and definitions applicable to Annex B
3.2.1
bonding surface
either 1) die pad metallization or 2) package surface metallization to which the wire is wedge
bonded
3.2.2
bond shear
process in which an instrument uses a chisel-shaped tool to shear or push a wedge bond off
the bond pad
Note 1 to entry: The bond shear force of a wedge bond, when compared to the manufacturer's tensile strength of
the wire, is an indicator of the integrity of the weld between the wire and the bond pad or package surface
metallization.
3.2.3
bond footprint
area of the wire that has a physical bond interface (intermetallic or
recrystallized) with respect to the compressed area of the wire
Note 1 to entry: The wedge bond includes the compressed (ultrasonically bonded) area of the wire and the
underlying bonding surface. When bonding aluminium wire to an aluminium alloy die bond pad, or bonding copper
wire to a copper alloy leadframe there is no wedge bond-bond pad intermetallic because the two materials are of the
same composition, but the two materials are recrystallized together by the ultrasonic energy of the welding process.
4 Apparatus and material required
4.1 Inspection equipment
An optical microscope system or scanning electron microscope providing a minimum of 70X
magnification. A higher magnification can be necessary for 15 µm (0,000 6") diameter wire.
4.2 Measurement equipment
An optical microscope/measurement system capable of measuring the bond diameter to within
±2,54 µm (0,000 1").
4.3 Workholder
A fixture used to hold the part being tested parallel to the shearing plane and perpendicular to
the shear tool. The fixture shall also eliminate part movement during bond shear testing. If using
a calliper controlled workholder, place the holder so that the shear motion is against the positive
stop of the calliper. This is to ensure that the recoil movement of the calliper controlled
workholder does not influence the bond shear test.
4.4 Bond shear equipment
The bond shear equipment shall be capable of repeatable, precision placement of the shearing
tool with respect to the ball height and the bonding surface. The specified distance (h) above
the topmost part of the bonding surface (e.g. passivation layer on IC, solder mask on organic
substrate) shall ensure the shear tool does not contact the bonding surface (e.g. top passivation
or polyimide layer, solder mask) and shall be less than the distance from the topmost part of
the bonding surface to the centre line (CL) of the ball bond (see Figure 2). See Annex C for
guidance when the passivation, or other structures on the die surface and excessive Al splash
prevent the shear tool from contacting the ball below the centre line.

Figure 2 – Proper height placement of shear tool with respect to ball centre line
4.5 Bond shear chisel tool setup
When choosing the proper chisel for the bond being sheared items to consider include, but are
not limited to, flat shear face, sharp shearing edge, shearing width of a minimum of 1,2X the
bond diameter, and bond length. The sample and chisel face should be clean and free of chips
or other defects that will interfere with the shearing test.
Bonds should also be examined to determine if adjacent interfering structures are far enough
away to allow suitable placement and clearance (above the bonding surface and between
adjacent bonds) for the shear test tool.
5 Procedure
5.1 Calibration
Before performing the bond shear test, it shall be determined that the equipment has been
calibrated in accordance with the manufacturer's specifications and is presently in calibration.
Recalibration is required if the equipment is moved to another location.
5.2 Visual examination of bonds to be tested after decapsulation
5.2.1 Usage of visual examination
In addition to being a manufacturing process monitor, this test method can also be used to
assess the bond strength of encapsulated devices after soldering operations or after reliability
stress testing. To do this, the encapsulation material should be removed in a manner that does
not significantly degrade the wire, the bond, the bonding interface, or the bonding surface.
Shear force values are often lower for bonds that have been decapsulated, and therefore cannot
be compared to values for similar, unencapsulated bonds. If the decapsulation process is well
controlled and repeatable, which is the case for gold wire, then this test method can be used
for lot-to-lot comparison; however, it can be hard to consistently control the decapsulation
process for copper wires to ensure the accuracy of the results. For Cu wires, the effectiveness
of etch has been seen to vary due to the encapsulation material and the level of reliability stress
testing performed on the samples. See Annex D for additional information regarding the
decapsulation process of devices with Cu wire bonds.
Bonds shall also be examined to determine that enough encapsulation material has been
removed to allow suitable placement and clearance (above the bonding surface and between
adjacent bonds) for the shear test tool.
5.2.2 Bond pad examination and acceptability criteria for both Al and Cu bond pad
metallization
If performing bond shear testing on a device which has been opened using wet chemical or dry
etch techniques, the bond pads shall be examined to ensure there is no absence of metallization
on the bonding surface area due to chemical etching, and wire bonds are attached to the
bonding surface. Those bonds on Al or Cu bond pads with significant chemical attack or
absence of metallization shall not be used for ball shear testing. The shear results for any
damaged bonds found during post shear inspection can also be excluded. It is possible that
wire bonds on bonding surfaces without degradation from chemical attack will not be attached
to the bonding surface due to other causes (e.g. package stress). These wire bonds are
considered valid and shall be included in the shear data as a zero (0) shear force value.
5.2.3 Copper bond and Cu wire examination and acceptability criteria
If performing bond shear testing on a part with copper wires, the Cu bond and Cu wire shall be
examined before or after the shear test to ensure there is no significant loss of metal or other
damage due to decapsulation process that might affect the results of the shear test. The shear
result can be excluded for a Cu bond or Cu wire with significant chemical attack or other damage
due to the decapsulation process.
Annex D provides additional information to assess what level of damage is acceptable.
5.3 Measurement of the ball bond diameter to determine the ball bond shear failure
criteria
Once the bonding surfaces have been examined and before performing bond shear testing, the
diameter of all ball bonds to be tested shall be measured and recorded. The ball is measured
at the widest point of the ball bond. For symmetrical ball bonds (those basically round) only one
measurement per bond shall be taken.
For asymmetrical bonds, determine the average diameter using both the largest (d ) and the
large
smallest (d ) diameter values (see Figure 3). These two ball bond diameter measurements
small
shall be used to determine the mean, or average, diameter value. The resulting mean, or
average, ball bond diameter shall then be used to establish the failure criteria as defined in
bond shear qualification standards.
Figure 3 – Ball bond measurement: side view and top view
(for symmetrical versus asymmetrical)
To determine whether the sheared bond has passed the acceptability criteria that is stated in
JESD47, the shear force shall be divided by the ball bond area. The formula for area is:
(1)
A πr π d /4
( )
where d is the above measured diameter (or mean diameter for an asymmetrical ball bond) for
the bond being sheared.
To facilitate faster testing a statistically representative ball bond diameter can be used with all
of the bonds sheared within a sample when calculating the shear force per unit area for each
bond sheared (in lieu of using the corresponding ball diameter for each ball sheared to calculate
its shear force per unit area value).
5.4 Performing the bond shear test
The bond shear equipment shall pass all self-diagnostic tests before beginning the test. The
bond shear equipment and test area shall be free of excessive vibration or movement. Examine
the shear tool to verify it is in good condition and is not bent or damaged. Check the shear tool
to verify it is in the up position.
Adjust the workholder to match the part being tested. Secure the part to the workholder. Make
sure the surface of the die is parallel to the shearing plane of the shear tool. It is important that
the shear tool does not contact the surface of the die or adjacent structures during the shearing
operation as this will give incorrect high readings.
Position the part so that the bond to be tested is located adjacent to the shear tool. Lower the
shear tool, or raise the part depending upon shear equipment used, to approximately the height
from which the bond is to be sheared but not contacting the surface. (See Figure 2, distance
"h").
Position the ball bond to be tested so that the shear motion will travel perpendicular to the
surface edge. Position the shear tool within approximately the diameter of one ball of the bond
to be shear tested and shear the bond.
Historical data shows that variation in shear speed can have a slight effect on the shear results
for gold ball bonds. If test results from different wire bonding lots are to be compared any
variation in test speed shall be taken into account.
==
5.5 Examination of sheared bonds
All bonds shall be sheared in a planned or defined sequence so that later visual examination
can determine which shear values should be eliminated because of an improper shear. The
bonds shall be examined in accordance with the codes in 5.6 using at least 70X magnification
to determine if the shear tool skipped over the bond (type 5) or the tool scraped or ploughed
into the surface of the die (type 4). Type 4 and type 5 defective shear conditions are invalid and
shall be eliminated from the shear data (see Figure 4).
Sheared bonds in which a type 3 cratering condition has occurred shall be investigated further
to determine whether the cracking or cratering is due to a preexisting condition in the silicon or
metallization under the bond pad prior to the bonding operation or was due to the act of bonding.
Cratering resulting from the bonding process shall be considered valid and included in the shear
data. Any bonds with a preexisting condition in the silicon or metallization under the bond pad
are invalid for this test method and shall not be included with the shear data. If a preexisting
condition in the silicon or metallization under the bond pad, or both, are found to cause
cratering, they shall be addressed.
5.6 Bond shear codes for ball bonds
5.6.1 General
The shear codes for ball bonds are given in Figure 4 to Figure 17.

Figure 4 – Type 1: Bond lift – Gold aluminium

Figure 5 – Type 1: Bond lift – Copper/aluminium, copper/copper and gold/gold
Figure 6 – Type 1: Bond lift – All metal systems on leadframe or substrate

Figure 7 – Type 2: Bond shear – All metal systems – Variation A –
Separation within bonding surface metalization

Figure 8 – Type 2: Bond shear – Gold/aluminium – Variation B –
Separation wholly within intermetallic layer
Figure 9 – Type 2: Bond shear – All metal systems and surfaces,
except Gold/aluminium – Variation B – Separation at bonding surface

Figure 10 – Type 2: Bond shear – All metal systems and bonding surfaces –
Variation C – Separation at material interface and within bulk material

Figure 11 – Type 2: Bond shear – All metal systems –
Variation D – Separation within ball bond
Figure 12 – Type 2: Bond shear – All metal systems on leadframe or substrate –
Variation D – Separation within ball bond

Figure 13 – Type 3: Cratering
Figure 14 – Type 4: Bonding surface contact
Figure 15 – Type 5: Shearing skip

Figure 16 – Type 6: Bonding pad surface lift

Figure 17 – Type 6: Leadframe or substrate bond pad
or bonding surface metalization lift
5.6.2 Type 1 – Bond lift
5.6.2.1 General
A separation of the entire wire bond from the bonding surface with only an imprint being left on
the bonding surface (see Figure 18).
NOTE A bond lift can require an assessment of the bonder settings and/or cleanliness or integrity of the bonding
surface.
5.6.2.2 Type 1 – Bond lift – Gold/aluminium
There is the additional requirement of very little evidence of intermetallic formation, welding, or
shearing of the bonding surface metallization to take into account.
5.6.2.3 Type 1 – Bond lift – Copper/aluminium, copper/copper, and gold/gold
There is the additional requirement of no visual evidence of shearing of the bonding surface
metallization to take into account.
NOTE 1 The copper/aluminium system forms a very thin intermetallic layer that is not generally visible. When the
bond wire and the bonding surface are the same material (e.g. copper/copper, gold/gold) no intermetallic is formed.
NOTE 2 Copper/copper includes the bonding of Cu ball bonds onto bond pad structures that have Cu metallization
with a barrier metal. The barrier metal can also include other thin layers to prevent oxidation of the barrier metal.
Some commonly used structures include Cu-NiPd and Cu-NiPdAu.
5.6.2.4 Type 1 – bond lift from leadframe/substrate:
There is the additional requirement of no visual evidence of disturbance of the bonding surface
metallization to take into account.

Figure 18 – Imprints on Al pad from lifted bonds with no evidence of shearing (Type 1)
5.6.3 Type 2 – Bond shear
5.6.3.1 Type 2 – Bond shear – Gold/aluminium
A separation of the wire bond with visual evidence of shearing of the bulk metal where:
a) a thin layer of the bonding surface metallization remains with the sheared wire bond and
there is visual shearing of the bonding surface metallurgy (see Figure 19);
b) the shear occurs wholly within the intermetallic layer with intermetallics remaining on the
bonding surface and with the sheared wire bond (see Figure 20);
c) the shear occurs on multiple planes, partially within the intermetallic layer and within the
bulk material; or
d) the shear occurs above the intermetallic layer and solely within bulk material of the sheared
wire bond (see Figure 22).
5.6.3.2 Type 2 – Bond shear – Copper/aluminium, copper/copper, and gold/gold
A separation of the wire bond with visual evidence of shearing of the bulk metal where:
a) a thin layer of the bonding surface metallization remains with the sheared wire bond and
there is visual shearing of the bonding surface metallurgy (see Figure 19);
b) the shear occurs wholly at the interface with the bonding surface and there shall be evidence
of sheared metal on the bonding surface;
c) the shear occurs on multiple planes, partially at the interface with the bonding surface and
partially within the bulk material, (see Figure 21); or
d) the shear occurs above the material interface and solely within bulk material of the sheared
wire bond (see Figure 23).
NOTE The copper/aluminium system forms a very thin int
...