功率器件键合强度如何评估？Alpha W260推拉力测试机全解析

功率半导体器件广泛应用于新能源、电动汽车、工业控制等领域，其可靠性直接影响整个系统的性能。科准测控小编认为，随着功率器件向高功率密度、高集成度方向发展，封装工艺和键合质量对器件可靠性的影响愈发显著。失效分析是提升功率半导体器件可靠性的关键手段，而力学性能测试（如推拉力测试）是评估键合强度、芯片粘接质量的重要方法。

本文科准测控小编将围绕功率半导体器件的失效分析，重点介绍Alpha W260推拉力测试机的原理、测试标准、仪器特点及测试流程，帮助工程师系统掌握键合强度测试方法，准确识别封装工艺缺陷，优化产品可靠性设计。

一、功率半导体器件失效分析概述

1、失效模式分类

功率半导体器件的失效模式主要包括：

开路失效（键合脱落、焊料层断裂、铝线断裂等）

短路失效（键合线短路、芯片裂纹导致击穿等）

参数漂移（热阻增大、接触电阻变化等）

机械失效（芯片破裂、封装分层等）

其中，键合失效（如焊点脱落、引线断裂）是最常见的失效模式之一，通常需要通过推拉测试进行定量分析。

二、推拉力测试原理与标准

1、 推拉力测试原理

推拉力测试（Bond Pull Test / Shear Test）是一种破坏性力学测试方法，用于评估：

a、键合线拉力强度（Wire Bond Pull Test）

b、芯片焊接剪切强度（Die Shear Test）

2、测试原理

拉力测试：使用精密钩针钩住键合线，施加垂直拉力，测量键合点断裂时的最大拉力（单位：gf或N）。

剪切测试：使用测力探针对芯片边缘施加水平推力，测量芯片脱离基板所需的最大剪切力。

3、测试标准

常用国际标准包括：

MIL-STD-883（美国军用标准）

JEDEC JESD22-B104（键合拉力测试）

JESD22-B109（芯片剪切测试）

IPC-9701（电子组件可靠性测试）

典型验收标准（以金线键合为例）：

若测试值低于标准，则判定为键合不良，可能原因包括：

键合参数（温度、压力、超声能量）不当

表面污染（氧化、有机物残留）

材料不匹配（线材与焊盘金属化层结合差）

三、检测设备和工具

1、Alpha W260推拉力测试仪

Alpha W260推拉力测试仪是评估导电银胶力学性能的专业设备，具有以下特点：

高精度测量：采用24Bit超高分辨率数据采集系统，确保测试数据的高精度、高重复性和高再现性。

多功能测试：支持推力、拉力、剪切力等多种测试模式，适用于多种封装形式和测试需求。

智能化操作：配备摇杆操作和X、Y轴自动工作台，简化了测试流程，提高了测试效率。

安全设计：每个工位均设有独立安全高度和限速，有效防止误操作对设备和样品的损坏。

模块化设计：能够自动识别并更换不同量程的测试模组，适应不同产品的测试需求。

2、推刀或钩针

3、常用工装夹具

四、测试流程

步骤一、样品准备

确认待测器件封装类型（如TO-247、QFN、BGA等）。

使用显微镜检查键合点状态，避免测试已受损样品。

步骤二、设备校准

根据标准砝码校准力传感器，确保测试精度。

步骤三、测试模式选择

拉力测试：适用于键合线强度评估。

剪切测试：适用于芯片焊接质量评估。

步骤四、测试执行

自动或手动定位测试点。

设定测试速度（通常50-500 μm/s）。

记录断裂力值及失效模式（如焊盘脱落、线颈断裂等）。

步骤五、数据分析

统计拉力/剪切力分布，计算CPK（过程能力指数）。

结合失效模式，优化键合工艺参数。

五、典型失效案例分析

1、键合拉力不足

现象：测试值低于标准，键合点易脱落。

原因：超声能量不足、焊盘污染、温度过低。

解决方案：优化键合机参数，提高表面清洁度。

2、芯片剪切力低

现象：芯片易从基板脱落。

原因：焊料层空洞、固化不足、CTE不匹配。

解决方案：改善焊接工艺，增加焊料厚度（BLT）。

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