功率VDMOS鍵合點為何脫落？剪切力測試機揭示失效根源

在現代電力電子系統中，功率VDMOS（垂直擴散金屬氧化物半導體）器件以其高輸入阻抗、快開關速度和優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，成為逆變器、電源轉換及電機驅動等領域的核心元件。其內部的芯片與引線框架之間通常通過粗鋁絲鍵合技術進行電氣互連，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)、高電流負載和機械振動，鍵合點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脫落、頸部斷裂、金屬間化合物生長導致界面脆化等。這些失效會引發(fā)電性能退化，甚至導致器件徹底燒毀。因此，對鍵合點的強度進行精確評估和失效分析，是確保功率器件質量與可靠性的關鍵環(huán)節(jié)。

本文科準測控小編將圍繞Alpha W260剪切力測試機在功率VDMOS粗鋁絲鍵合分析中的應用，系統介紹測試的原理、遵循的標準、儀器特性及詳細操作流程，為相關領域的質量控制和工藝改進提供實踐參考。

一、 測試原理

鍵合拉力/剪切力測試的基本原理是模擬鍵合點在實際應用中可能承受的機械應力，通過施加一個可控的、逐漸增大的力，直至鍵合點失效，從而測得其最大承載能力。

對于粗鋁絲鍵合，主要采用剪切測試。這是因為粗鋁絲的弧高較低，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、 測試標準

GJB 548B-2005 《微電子器件試驗方法和程序》：該方法標準2012.1“鍵合強度（破壞性）”

MIL-STD-883 《微電路試驗方法和程序》：其方法2011.9 “Bond Strength (Destructive)”

JEDEC JESD22-B116 《 Wire Bond Shear Test Standard》：該標準專門針對鍵合剪切測試，對測試條件、數據報告和失效模式分類提供了詳細指導。

這些標準通常會對以下參數進行規(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。

測試速度： 通常設定在100-1000 μm/s的范圍內，以保證準靜態(tài)加載。

數據有效性： 明確規(guī)定了何種失效模式（如界面剝離）的測試數據是有效的，何種（如工具滑過鍵合點）是無效的。

三、 測試儀器

1、Alpha W260剪切力測試機

Alpha W260剪切力測試機是科準測控推出的一款高端、精密的微力值力學測試系統，專為微電子封裝（如芯片剪切、拉力測試）而設計。

儀器主要特性：

高精度力值傳感器： 提供高達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，適用于從細線到粗鋁絲的寬范圍測試。

精密的運動控制系統： 采用高精度步進電機和閉環(huán)控制，實現平穩(wěn)、無振動的勻速推進，測試速度可精確設定，符合標準要求。

模塊化測試工具： 配備多種尺寸的剪切工具（推刀），可根據不同粗細的鋁絲（如300μm, 500μm等）靈活更換，確保測試的準確性和一致性。

強大的軟件分析系統： 內置專業(yè)軟件，可預設測試程序、實時顯示力-位移曲線、自動記錄峰值力、并可通過曲線形態(tài)輔助判斷失效模式。支持數據導出和統計分析報告生成。

高清光學系統： 集成高倍率顯微鏡和CCD相機，便于精確對準鍵合點，并在測試后觀察失效形貌，進行失效分析。

堅固的測試平臺： 為測試功率器件時可能產生的高反作用力提供穩(wěn)定的支撐。

四、 測試流程

1. 樣品準備與固定：

將待測的功率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，避免污染物影響測試結果或損壞工具。

2. 儀器校準與設置

開啟儀器電源和軟件，進行力傳感器歸零。

根據待測粗鋁絲的直徑（如500μm），選擇合適的剪切工具并安裝。

在軟件中設置測試參數：

測試模式： 剪切測試。

剪切速度： 根據標準（如500 μm/s）進行設定。

剪切高度： 設定為鋁絲直徑的1/4至1/2（如125μm）。

目標力/行程： 設置為一個足夠大的值，以確保能完成剪切過程。

3. 對位與瞄準

通過軟件控制平臺移動和顯微鏡觀察，將剪切工具的刃口精確對準待測鍵合點的根部，并確保工具與推力方向垂直。

調整工具高度，使其下表面與芯片表面的距離等于預設的“剪切高度”。

4. 執(zhí)行測試

在軟件界面點擊“開始測試”。剪切工具將自動按設定速度水平推進，對鍵合點施加剪切力。

軟件界面實時顯示力-位移曲線。

5. 數據記錄與失效分析

當鍵合點失效時，測試自動停止，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/楔形鍵合點從芯片金屬化層完全或部分脫落。這是評估界面結合質量最關鍵的失效模式。

頸部斷裂（Neck Break）： 斷裂發(fā)生在鋁絲與鍵合點的連接頸部。

芯片損傷（Cratering）： 鍵合點下的硅芯片被撕裂，表明鍵合工藝能量過高，是嚴重缺陷。

將峰值力和失效模式一一對應記錄。

6. 統計與報告

對同一批次的多個器件、多個鍵合點進行重復測試，獲取足夠的樣本數據。

使用軟件的數據分析功能，計算平均剪切力、標準差等統計量。

生成測試報告，內容包括：測試條件、每個測試點的剪切力值與失效模式、統計分析結果、以及典型的失效形貌照片。

以上就是小編介紹的有關于功率VDMOS器件粗鋁絲鍵合失效分析與剪切力測試相關內容了，希望可以給大家?guī)韼椭Ｈ绻€對推拉力測試機怎么使用視頻和圖解，使用步驟及注意事項、作業(yè)指導書，原理、怎么校準、杠桿如何校準和使用方法視頻，推拉力測試儀操作規(guī)范、使用方法和測試視頻，剪切力測試機方法和標準，dage4000推拉力測試機、mfm1200推拉力測試機、鍵合拉力機和鍵合強度測試機，焊接強度測試儀使用方法和鍵合拉力測試儀等問題感興趣，歡迎關注我們，也可以給我們私信和留言?！究茰蕼y控】小編將持續(xù)為大家分享推拉力測試機在鋰電池電阻、晶圓、硅晶片、IC半導體、BGA元件焊點、ALMP封裝、微電子封裝、LED封裝、TO封裝等領域應用中可能遇到的問題及解決方案。