功率半導體器件廣泛應用于新能源、電動汽車、工業(yè)控制等領域，其可靠性直接影響整個系統(tǒng)的性能。科準測控小編認為，隨著功率器件向高功率密度、高集成度方向發(fā)展，封裝工藝和鍵合質(zhì)量對器件可靠性的影響愈發(fā)顯著。失效分析是提升功率半導體器件可靠性的關鍵手段，而力學性能測試（如推拉力測試）是評估鍵合強度、芯片粘接質(zhì)量的重要方法。
本文科準測控小編將圍繞功率半導體器件的失效分析，重點介紹Alpha W260推拉力測試機的原理、測試標準、儀器特點及測試流程，幫助工程師系統(tǒng)掌握鍵合強度測試方法，準確識別封裝工藝缺陷，優(yōu)化產(chǎn)品可靠性設計。
一、功率半導體器件失效分析概述
1、失效模式分類
功率半導體器件的失效模式主要包括：
開路失效（鍵合脫落、焊料層斷裂、鋁線斷裂等）
短路失效（鍵合線短路、芯片裂紋導致?lián)舸┑龋?/span>
參數(shù)漂移（熱阻增大、接觸電阻變化等）
機械失效（芯片破裂、封裝分層等）
其中，鍵合失效（如焊點脫落、引線斷裂）是最常見的失效模式之一，通常需要通過推拉測試進行定量分析。
二、推拉力測試原理與標準
1、 推拉力測試原理
推拉力測試（Bond Pull Test / Shear Test）是一種破壞性力學測試方法，用于評估：
a、鍵合線拉力強度（Wire Bond Pull Test）
b、芯片焊接剪切強度（Die Shear Test）
2、測試原理
拉力測試：使用精密鉤針鉤住鍵合線，施加垂直拉力，測量鍵合點斷裂時的最大拉力（單位：gf或N）。
剪切測試：使用測力探針對芯片邊緣施加水平推力，測量芯片脫離基板所需的最大剪切力。
3、測試標準
常用國際標準包括：
MIL-STD-883（美guo軍yong標準）
JEDEC JESD22-B104（鍵合拉力測試）
JESD22-B109（芯片剪切測試）
IPC-9701（電子組件可靠性測試）
典型驗收標準（以金線鍵合為例）：
若測試值低于標準，則判定為鍵合不良，可能原因包括：
鍵合參數(shù)（溫度、壓力、超聲能量）不當
表面污染（氧化、有機物殘留）
材料不匹配（線材與焊盤金屬化層結(jié)合差）
三、檢測設備和工具
1、Alpha W260推拉力測試儀
Alpha W260推拉力測試儀是評估導電銀膠力學性能的專業(yè)設備，具有以下特點：
高精度測量：采用24Bit超高分辨率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，確保測試數(shù)據(jù)的高精度、高重復性和高再現(xiàn)性。
多功能測試：支持推力、拉力、剪切力等多種測試模式，適用于多種封裝形式和測試需求。
智能化操作：配備搖桿操作和X、Y軸自動工作臺，簡化了測試流程，提高了測試效率。
安全設計：每個工位均設有獨立安全高度和限速，有效防止誤操作對設備和樣品的損壞。
模塊化設計：能夠自動識別并更換不同量程的測試模組，適應不同產(chǎn)品的測試需求。
2、推刀或鉤針
3、常用工裝夾具
四、測試流程
步驟一、樣品準備
確認待測器件封裝類型（如TO-247、QFN、BGA等）。
使用顯微鏡檢查鍵合點狀態(tài)，避免測試已受損樣品。
步驟二、設備校準
根據(jù)標準砝碼校準力傳感器，確保測試精度。
步驟三、測試模式選擇
拉力測試：適用于鍵合線強度評估。
剪切測試：適用于芯片焊接質(zhì)量評估。
步驟四、測試執(zhí)行
自動或手動定位測試點。
設定測試速度（通常50-500 μm/s）。
記錄斷裂力值及失效模式（如焊盤脫落、線頸斷裂等）。
步驟五、數(shù)據(jù)分析
統(tǒng)計拉力/剪切力分布，計算CPK（過程能力指數(shù)）。
結(jié)合失效模式，優(yōu)化鍵合工藝參數(shù)。
五、典型失效案例分析
1、鍵合拉力不足
現(xiàn)象：測試值低于標準，鍵合點易脫落。
原因：超聲能量不足、焊盤污染、溫度過低。
解決方案：優(yōu)化鍵合機參數(shù)，提高表面清潔度。
2、芯片剪切力低
現(xiàn)象：芯片易從基板脫落。
原因：焊料層空洞、固化不足、CTE不匹配。
解決方案：改善焊接工藝，增加焊料厚度（BLT）。
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