功率半導體器件廣泛應用于新能源、電動汽車、工業控制等領域，其可靠性直接影響整個系統的性能。科準測控小編認為，隨著功率器件向高功率密度、高集成度方向發展，封裝工藝和鍵合質量對器件可靠性的影響愈發顯著。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，幫助工程師系統掌握鍵合強度測試方法，準確識別封裝工藝缺陷，優化產品可靠性設計。

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、芯片裂紋導致擊穿等）

參數漂移（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（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設備，具有以下特點：

高精度測量：采用24Bit超高分辨率數據采集系統，確保測試數據的高精度、高重復性和高再現性。

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，避免測試已受損樣品。

步驟二、設備校準

根據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：適用于芯片焊接質量評估。

步驟四、測試執行

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、數據分析

統計拉力/剪切力分布，計算CPK（過程能力指數）。

結合失效模式，優化鍵合工藝參數。

五、典型失效案例分析

1、鍵合拉力不足

現象：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：優化鍵合機參數，提高表面清潔度。

2、芯片剪切力低

現象：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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