探秘TO功率器件晶片推力測試與推拉力測試機應用

在功率半導體領域，TO（晶體管外形）封裝器件因其結構堅固、散熱良好而被廣泛應用于工業控制、新能源汽車及能源管理等高可靠性場景。然而，其內部晶片與基島之間的焊接或粘接質量，直接決定了器件的長期導通性能、機械穩定性和使用壽命。一個微小的空洞或弱粘接點，都可能在嚴苛的工況下成為失效的導火索。因此，如何精準量化并評估其粘接強度，成為質量管控的關鍵一環。

晶片推力測試，作為一種經典且高效的破壞性力學測試方法，為此提供了權威的解決方案。它通過測量使晶片從基材上發生位移所需的最大力值，來客觀評判粘接工藝的優劣。今天，科準測控小編將帶您深入探討TO功率器件晶片推力測試的核心原理、執行標準、關鍵儀器及標準化操作流程，助力企業提升產品可靠性與市場競爭力。

一、測試原理

晶片推力測試的基本原理是機械剪切原理。

測試時，一個特定尺寸和材質的推刀被精確對準并放置在待測晶片的側面。測試機驅動推刀以恒定的速度水平向前推進，推刀將力垂直作用于晶片的側面，這個力通過晶片傳遞到下方的粘接層（如焊料、環氧樹脂等），使其承受剪切應力。

隨著推力持續增加，粘接層會發生破壞。測試系統會實時記錄下整個過程中的力值變化，其峰值即為該次測試的最大推力值。通過將此實測值與預設的驗收標準進行對比，即可判定該晶片的粘接強度是否合格。其失效模式（如粘接層內聚破壞、界面剝離等）也為工藝改進提供了重要線索。

二、測試標準

MIL-STD-883 Method 2019：美國軍用標準，是行業內公認的權威方法。

JESD22-B117：由JEDEC（固態技術協會）發布，是商用半導體器件廣泛采納的標準。

GB/T 4937（中國國家標準）及其他企業內控標準。

三、測試儀器

1、Alpha W260 推拉力測試儀

核心構成：

高精度力值傳感器：用于實時采集和測量微小的推力變化，是設備精度的核心。

精密位移平臺：確保推刀能以恒定的速度（如標準常規定的0.1-0.5 mm/s）平穩推進，并精確定位。

顯微鏡及照明系統：用于輔助操作人員精確地將推刀對準晶片邊緣。

剛性測試臺座：為測試提供穩定的基礎，避免外界振動干擾。

專用推刀：根據不同晶片尺寸和測試要求，選用不同材質（如碳化鎢）和尺寸的推刀。

四、測試流程

1、樣品準備：將待測的TO器件開封，暴露出內部的晶片和鍵合線。確保測試區域潔凈，無污染物影響。

2、設備校準：根據標準要求，對推拉力測試儀的力值傳感器和位移系統進行定期校準，確保數據準確。

3、參數設置：

在Alpha W260測試儀上設定測試參數，包括測試速度、推力上限（以防意外）、測試目標位置等。

根據晶片尺寸和標準要求，選擇合適的推刀并安裝。

4、安裝與對位：

5、將樣品牢固地固定在測試臺座上。

通過顯微鏡觀察，精細調整樣品或推刀的位置，確保推刀接觸面與晶片側面完全垂直，且接觸高度通常為標準規定的晶片高度的25% ± 15%。

6、執行測試：

啟動測試程序，推刀按設定速度勻速推進。

設備自動記錄力值-位移曲線，并捕捉最大推力值（F_max）。

7、結果分析與記錄：

觀察并記錄失效后的破壞模式（例如：焊料內聚失效、界面粘接失效等）。

將記錄的F_max與標準要求的最小推力值進行比較，判定“合格”或“不合格”。

對一批樣品進行統計分析，評估生產工藝的穩定性和一致性。

清理與報告：清理測試臺座，生成測試報告，存檔備查。

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