IEC 60749-22-2:2025
(Main)Semiconductor devices - Mechanical and climatic test methods - Part 22-2: Bond strength - Wire bond shear test methods
Semiconductor devices - Mechanical and climatic test methods - Part 22-2: Bond strength - Wire bond shear test methods
IEC 60749-22-2:2025 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.
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. This International Standard is to be used in conjunction with IEC 60749-22-1:2025.
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).
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
L’IEC 60749-22-2:2025 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.
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 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).
General Information
Relations
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IEC 60749-22-2 ®
Edition 1.0 2025-11
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Semiconductor devices - Mechanical and climatic test methods -
Part 22-2: Bond strength - Wire bond shear test methods
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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
...
IEC 60749-22-2 ®
Edition 1.0 2025-11
NORME
INTERNATIONALE
Dispositifs à semiconducteurs - Méthodes d'essais mécaniques et climatiques -
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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 pla
...
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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 .
...
Questions, Comments and Discussion
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