隨著集成電路技術(shù)的不斷進步，摩爾定律正面臨前所wei有的挑戰(zhàn)。人們逐漸認識到，在單一芯片上集成更高密度的電路變得越來越困難。因此，三維集成技術(shù)被認為是超越摩爾定律、實現(xiàn)器件小型化、高密度、多功能化的shou選方案]。在這一背景下，疊層封裝技術(shù)因其高成熟度，在jun用及航天領(lǐng)域得到了廣泛的應用。

jun用及航天等領(lǐng)域的產(chǎn)品在應用過程中需經(jīng)歷多種特殊的力學環(huán)境，對所采用的關(guān)鍵器件的力學可靠性要求較高。在國jun標和美軍標的微電子器件試驗方法和程序（GJB548B—2005、MIL-STD-883K）中，對此類高可靠氣密性封裝器件均要求進行相關(guān)力學試驗，如粘接強度試驗和剪切強度試驗。然而，在實際科研生產(chǎn)中，對這兩類試驗的選用存在不清晰的現(xiàn)象，這對微電子器件的可靠性考核帶來了一定的困擾。

為了解決這一問題，本文科準測控小編對國內(nèi)外相關(guān)試驗標zhun進行了對比分析，并總結(jié)了兩種試驗的方法及試驗載荷曲線的相關(guān)性規(guī)律。研究結(jié)果表明，芯片粘接強度試驗與芯片剪切強度試驗的載荷比值隨著芯片粘接區(qū)域面積的增大，呈現(xiàn)先增大、后減小、再增大的趨勢，最小比值為1.07，最大比值達到5.93[12]。通過對比試驗及有限元仿真方法，對大、小兩款疊層芯片分別進行粘接強度試驗、剪切強度試驗及有限元仿真，研究其試驗過程中的最大應力狀態(tài)。最終得出結(jié)論：對于小面積芯片，建議使用剪切強度試驗進行考核；對于大面積芯片，建議使用粘接強度試驗進行考核。

是什么疊層芯片？

疊層芯片是一種三維集成電路封裝技術(shù)，它通過在垂直方向上堆疊多個芯片層，并使用微凸點（微連接）或硅通孔（TSV）等技術(shù)實現(xiàn)各層之間的電氣互連，從而實現(xiàn)更高的集成度、更小的尺寸和更強的性能。這種技術(shù)能夠顯著提高數(shù)據(jù)處理速度和能效，同時減少電子設備的體積和重量，廣泛應用于高性能計算、移動通信和航天等領(lǐng)域。

一、檢測原理

是指在進行疊層芯片粘接強度與剪切強度試驗時，通過施加特定的力值并觀察芯片與底座或附著材料之間的脫離情況，以此來評估芯片粘接的牢固程度和材料工藝步驟的完整性。

二、檢測相關(guān)標zhun

國內(nèi)外有許多標zhun對微電子器件的剪切強度和粘接強度進行規(guī)定，如國jun標GJB548B—2005、GJB128A—1998、國標GB/T4937.19—2018及美軍標MIL-STD-883K、MIL-STD-750E等。這些標zhun對芯片粘接強度試驗與芯片剪切強度試驗分別都有詳細的規(guī)定

在jun用標zhunGJB548B—2005中，關(guān)于芯片粘接強度和剪切強度的測試有著明確的指導。該標zhun詳細規(guī)定了對微電子器件進行力學試驗的方法和程序。具體來說：

a、芯片粘接強度試驗：這一試驗主要關(guān)注的是器件在Y1軸方向上受到力時的粘附強度。這意味著測試旨在模擬器件在垂直方向上受到的力，以評估其粘接的牢固程度。

b、芯片剪切強度試驗：與粘接強度試驗不同，剪切強度試驗主要關(guān)注的是器件在X1或者Z1軸方向（通常是長邊方向）受到力時材料的工藝步驟的完整性，即粘附強度。這一試驗旨在模擬器件在水平方向上受到的剪切力，以檢驗其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

GJB548B—2005標zhun中對于施力方向的取向有具體的圖示說明，如下圖所示，這有助于確保試驗的準確性和一致性。

三、常用檢測設備

1、Beta S100 推拉力測試機

1）設備概述

a、推拉力測試機是一種專為微電子領(lǐng)域設計的動態(tài)測試設備，用于評估引線鍵合后的焊接強度、焊點與基板的粘接強度以及進行失效分析。該儀器能夠執(zhí)行多種測試，如晶片推力測試、金球推力測試和金線拉力測試，配備有高速力值采集系統(tǒng)，以確保測試的精確性。

b、用戶可以根據(jù)具體的測試需求更換相應的測試模塊，系統(tǒng)將自動識別并調(diào)整到合適的量程。這種靈活性使得設備能夠適應不同產(chǎn)品的測試需求。每個測試工位都設有獨立安全高度和速度限制，以防止因誤操作而損壞測試探頭。該系統(tǒng)以快速、精確和廣泛的適用性為特點。

c、該推拉力測試機廣泛應用于半導體集成電路封裝測試、LED封裝測試、光電器件封裝測試、PCBA電子組裝測試，以及汽車電子、航空航天等領(lǐng)域。同時，它也適用于電子分析和研究單位進行失效分析，以及教育機構(gòu)的教學和研究活動。

2）設備特點

四、檢測方法

1. 測試前準備

設備檢查：確保推拉力測試機及其配件齊全且處于良好的工作狀態(tài)。

設備校準：確認測試機、推刀和夾具等設備均已校準。

2. 模塊安裝

安裝測試模塊：將測試模塊正確安裝到推拉力測試機上，并接通電源。

系統(tǒng)初始化：啟動系統(tǒng)，等待模塊初始化完成，確保所有指示燈和顯示屏正常工作。

3. 推刀與夾具設置

推刀選擇與安裝：根據(jù)測試需求選擇合適的推刀，并將其安裝到測試機的相應位置，確保牢固鎖定。

夾具固定：將疊層芯片固定在測試夾具上，確保元件位置準確無誤，然后將夾具安裝到測試機的測試臺上，并固定夾具。

4. 設定測試參數(shù)

輸入測試信息：在測試機軟件界面輸入測試方法名稱。

傳感器選擇：選擇合適的傳感器，并設置測試速度、目標力值、剪切高度和測試次數(shù)等參數(shù)。

參數(shù)保存：參數(shù)設置完成后，保存并應用到測試中。

5. 執(zhí)行測試

位置確認：在顯微鏡下觀察并確保疊層芯片和推刀的位置正確。

啟動測試：啟動測試，密切觀察測試過程中的動作，確保測試按照設定的參數(shù)進行。

異常處理：如有異常情況，及時終止測試。

6. 測試結(jié)果判定

粘接強度試驗：

失效判定：若在F<1.0時發(fā)生脫離，或在1.0<F<2.0時發(fā)生脫離且芯片與底座間無明顯殘余，則判定為失效。

剪切強度試驗：

失效判定：若在F<1X時發(fā)生脫離，或在1X≤F<1.25X時發(fā)生脫離且芯片殘留小于附著區(qū)面積的50%，或在1.25X≤F<2X時發(fā)生脫離且芯片殘留小于附著區(qū)面積的10%，則判定為失效。

7. 結(jié)果記錄與分析

觀察破壞情況：測試完成后，觀察疊層芯片的破壞情況，并進行失效分析。

參數(shù)調(diào)整：如有必要，根據(jù)測試結(jié)果調(diào)整測試參數(shù)，并重新進行測試。

8. 數(shù)據(jù)保存與報告編制

數(shù)據(jù)保存：測試結(jié)束后，系統(tǒng)提示保存測試結(jié)果，確認數(shù)據(jù)已保存。

報告編制：根據(jù)測試結(jié)果編制詳細測試報告，包括測試條件、測試結(jié)果、數(shù)據(jù)分析和結(jié)論。

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