在現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)中，功率VDMOS（垂直擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體）器件以其高輸入阻抗、快開關(guān)速度和優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，成為逆變器、電源轉(zhuǎn)換及電機(jī)驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域的核心元件。其內(nèi)部的芯片與引線框架之間通常通過粗鋁絲鍵合技術(shù)進(jìn)行電氣互連，該連接的可靠性直接決定了器件的通流能力、熱性能和長(zhǎng)期工作壽命。
然而，在惡劣的工作環(huán)境下，如頻繁的溫度循環(huán)、高電流負(fù)載和機(jī)械振動(dòng)，鍵合點(diǎn)極易成為失效的薄弱環(huán)節(jié)。常見的失效模式包括鍵合點(diǎn)脫落、頸部斷裂、金屬間化合物生長(zhǎng)導(dǎo)致界面脆化等。這些失效會(huì)引發(fā)電性能退化，甚至導(dǎo)致器件徹di燒毀。因此，對(duì)鍵合點(diǎn)的強(qiáng)度進(jìn)行精確評(píng)估和失效分析，是確保功率器件質(zhì)量與可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
本文科準(zhǔn)測(cè)控小編將圍繞Alpha W260剪切力測(cè)試機(jī)在功率VDMOS粗鋁絲鍵合分析中的應(yīng)用，系統(tǒng)介紹測(cè)試的原理、遵循的標(biāo)準(zhǔn)、儀器特性及詳細(xì)操作流程，為相關(guān)領(lǐng)域的質(zhì)量控制和工藝改進(jìn)提供實(shí)踐參考。
一、 測(cè)試原理
鍵合拉力/剪切力測(cè)試的基本原理是模擬鍵合點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中可能承受的機(jī)械應(yīng)力，通過施加一個(gè)可控的、逐漸增大的力，直至鍵合點(diǎn)失效，從而測(cè)得其最大承載能力。
對(duì)于粗鋁絲鍵合，主要采用剪切測(cè)試。這是因?yàn)榇咒X絲的弧高較低，且其失效模式更常見于鍵合界面處的剪切失效，而非引線本身的拉伸斷裂。
二、 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
GJB 548B-2005 《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》：該方法標(biāo)準(zhǔn)2012.1“鍵合強(qiáng)度（破壞性）"
MIL-STD-883 《微電路試驗(yàn)方法和程序》：其方法2011.9 “Bond Strength (Destructive)"
JEDEC JESD22-B116 《 Wire Bond Shear Test Standard》：該標(biāo)準(zhǔn)專門針對(duì)鍵合剪切測(cè)試，對(duì)測(cè)試條件、數(shù)據(jù)報(bào)告和失效模式分類提供了詳細(xì)指導(dǎo)。
這些標(biāo)準(zhǔn)通常會(huì)對(duì)以下參數(shù)進(jìn)行規(guī)定：
剪切工具高度（離芯片表面的距離）： 通常要求為鍵合絲直徑的1/4至1/2，以確保力作用于鍵合界面而非“鏟"到基底。
測(cè)試速度： 通常設(shè)定在100-1000 µm/s的范圍內(nèi)，以保證準(zhǔn)靜態(tài)加載。
數(shù)據(jù)有效性： 明確規(guī)定了何種失效模式（如界面剝離）的測(cè)試數(shù)據(jù)是有效的，何種（如工具滑過鍵合點(diǎn)）是無效的。
三、 測(cè)試儀器
1、Alpha W260剪切力測(cè)試機(jī)
Alpha W260剪切力測(cè)試機(jī)是科準(zhǔn)測(cè)控推出的一款gao端、精密的微力值力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)，專為微電子封裝（如芯片剪切、拉力測(cè)試）而設(shè)計(jì)。
儀器主要特性：
高精度力值傳感器： 提供高達(dá)0.001克的力值分辨率，確保即使是微小的力值變化也能被精確捕捉，適用于從細(xì)線到粗鋁絲的寬范圍測(cè)試。
精密的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)： 采用高精度步進(jìn)電機(jī)和閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、無振動(dòng)的勻速推進(jìn)，測(cè)試速度可精確設(shè)定，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
模塊化測(cè)試工具： 配備多種尺寸的剪切工具（推刀），可根據(jù)不同粗細(xì)的鋁絲（如300μm, 500μm等）靈活更換，確保測(cè)試的準(zhǔn)確性和一致性。
強(qiáng)大的軟件分析系統(tǒng)： 內(nèi)置專業(yè)軟件，可預(yù)設(shè)測(cè)試程序、實(shí)時(shí)顯示力-位移曲線、自動(dòng)記錄峰值力、并可通過曲線形態(tài)輔助判斷失效模式。支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出和統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告生成。
高清光學(xué)系統(tǒng)： 集成高倍率顯微鏡和CCD相機(jī)，便于精確對(duì)準(zhǔn)鍵合點(diǎn)，并在測(cè)試后觀察失效形貌，進(jìn)行失效分析。
堅(jiān)固的測(cè)試平臺(tái)： 為測(cè)試功率器件時(shí)可能產(chǎn)生的高反作用力提供穩(wěn)定的支撐。
四、 測(cè)試流程
1. 樣品準(zhǔn)備與固定：
將待測(cè)的功率VDMOS器件牢固地安裝在工作夾具上，確保芯片平面水平，且鍵合點(diǎn)朝向便于剪切工具接近的方向。
清理樣品表面，避免污染物影響測(cè)試結(jié)果或損壞工具。
2. 儀器校準(zhǔn)與設(shè)置
開啟儀器電源和軟件，進(jìn)行力傳感器歸零。
根據(jù)待測(cè)粗鋁絲的直徑（如500μm），選擇合適的剪切工具并安裝。
在軟件中設(shè)置測(cè)試參數(shù)：
測(cè)試模式： 剪切測(cè)試。
剪切速度： 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（如500 µm/s）進(jìn)行設(shè)定。
剪切高度： 設(shè)定為鋁絲直徑的1/4至1/2（如125μm）。
目標(biāo)力/行程： 設(shè)置為一個(gè)足夠大的值，以確保能完成剪切過程。
3. 對(duì)位與瞄準(zhǔn)
通過軟件控制平臺(tái)移動(dòng)和顯微鏡觀察，將剪切工具的刃口精確對(duì)準(zhǔn)待測(cè)鍵合點(diǎn)的根部，并確保工具與推力方向垂直。
調(diào)整工具高度，使其下表面與芯片表面的距離等于預(yù)設(shè)的“剪切高度"。
4. 執(zhí)行測(cè)試
在軟件界面點(diǎn)擊“開始測(cè)試"。剪切工具將自動(dòng)按設(shè)定速度水平推進(jìn)，對(duì)鍵合點(diǎn)施加剪切力。
軟件界面實(shí)時(shí)顯示力-位移曲線。
5. 數(shù)據(jù)記錄與失效分析
當(dāng)鍵合點(diǎn)失效時(shí)，測(cè)試自動(dòng)停止，軟件記錄下峰值剪切力（單位：克力或牛頓）。
收回剪切工具，通過顯微鏡觀察并記錄失效模式：
界面脫落（Lift-off）： 鋁球/楔形鍵合點(diǎn)從芯片金屬化層wan全或部分脫落。這是評(píng)估界面結(jié)合質(zhì)量zui關(guān)鍵的失效模式。
頸部斷裂（Neck Break）： 斷裂發(fā)生在鋁絲與鍵合點(diǎn)的連接頸部。
芯片損傷（Cratering）： 鍵合點(diǎn)下的硅芯片被撕裂，表明鍵合工藝能量過高，是嚴(yán)重缺陷。
將峰值力和失效模式一一對(duì)應(yīng)記錄。
6. 統(tǒng)計(jì)與報(bào)告
對(duì)同一批次的多個(gè)器件、多個(gè)鍵合點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)測(cè)試，獲取足夠的樣本數(shù)據(jù)。
使用軟件的數(shù)據(jù)分析功能，計(jì)算平均剪切力、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)量。
生成測(cè)試報(bào)告，內(nèi)容包括：測(cè)試條件、每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的剪切力值與失效模式、統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果、以及典型的失效形貌照片。
以上就是小編介紹的有關(guān)于功率VDMOS器件粗鋁絲鍵合失效分析與剪切力測(cè)試相關(guān)內(nèi)容了，希望可以給大家?guī)韼椭Ｈ绻€對(duì)推拉力測(cè)試機(jī)怎么使用視頻和圖解，使用步驟及注意事項(xiàng)、作業(yè)指導(dǎo)書，原理、怎么校準(zhǔn)、杠桿如何校準(zhǔn)和使用方法視頻，推拉力測(cè)試儀操作規(guī)范、使用方法和測(cè)試視頻，剪切力測(cè)試機(jī)方法和標(biāo)準(zhǔn)，dage4000推拉力測(cè)試機(jī)、mfm1200推拉力測(cè)試機(jī)、鍵合拉力機(jī)和鍵合強(qiáng)度測(cè)試機(jī)，焊接強(qiáng)度測(cè)試儀使用方法和鍵合拉力測(cè)試儀等問題感興趣，歡迎關(guān)注我們，也可以給我們私信和留言。【科準(zhǔn)測(cè)控】小編將持續(xù)為大家分享推拉力測(cè)試機(jī)在鋰電池電阻、晶圓、硅晶片、IC半導(dǎo)體、BGA元件焊點(diǎn)、ALMP封裝、微電子封裝、LED封裝、TO封裝等領(lǐng)域應(yīng)用中可能遇到的問題及解決方案。
