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,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(dǎo)致界面脆化等。這些失效會引發(fā)電性能退化,甚至導(dǎo)致器件徹di燒毀。因此,對鍵合點的強(qiáng)度進(jìn)行精確評估和失效分析,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)測控小編將圍繞Alpha W260剪切力測試機(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(yīng)用中可能承受的機(jī)械應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)
GJB 548B-2005 《微電子器件試驗方法和程序》: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)專門針對鍵合剪切測試,對測試條件、數(shù)據(jù)報告和失效模式分類提供了詳細(xì)指導(dǎo)。
這些標(biāo)準(zhǔn)通常會對以下參數(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)的測試數(shù)據(jù)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(jī)
Alpha W260剪切力測試機(jī)是科準(zhǔn)測控推出的一款gao端、精密的微力值力學(xué)測試系統(tǒng),專為微電子封裝(如芯片剪切、拉力測試)而設(shè)計。
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試。
精密的運動控制系統(tǒng): 采用高精度步進(jìn)電機(jī)和閉環(huán)控制,實現(xiàn)平穩(wěn)、無振動的勻速推進(jìn),測試速度可精確設(shè)定,符合標(biāo)準(zhǔn)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(jù)不同粗細(xì)的鋁絲(如300μm, 500μm等)靈活更換,確保測試的準(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?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出和統(tǒng)計分析報告生成。
高清光學(xué)系統(tǒng): 集成高倍率顯微鏡和CCD相機(jī),便于精確對準(zhǔn)鍵合點,并在測試后觀察失效形貌,進(jìn)行失效分析。
堅固的測試平臺: 為測試功率器件時可能產(chǎn)生的高反作用力提供穩(wěn)定的支撐。
四、 測試流程
1. 樣品準(zhǔn)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(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)置測試參數(shù):
測試模式: 剪切測試。
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)置為一個足夠大的值,以確保能完成剪切過程。
3. 對位與瞄準(zhǔn)
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(zhǔn)待測鍵合點的根部,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)行測試
在軟件界面點擊“開始測試"。剪切工具將自動按設(shè)定速度水平推進(jìn),對鍵合點施加剪切力。
軟件界面實時顯示力-位移曲線。
5. 數(shù)據(jù)記錄與失效分析
當(dāng)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wan全或部分脫落。這是評估界面結(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(yán)重缺陷。
將峰值力和失效模式一一對應(yīng)記錄。
6. 統(tǒng)計與報告
對同一批次的多個器件、多個鍵合點進(jìn)行重復(fù)測試,獲取足夠的樣本數(shù)據(jù)。
使用軟件的數(shù)據(jù)分析功能,計算平均剪切力、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計量。
生成測試報告,內(nèi)容包括:測試條件、每個測試點的剪切力值與失效模式、統(tǒng)計分析結(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試相關(guān)內(nèi)容了,希望可以給大家?guī)韼椭?。如果您還對推拉力測試機(jī)怎么使用視頻和圖解,使用步驟及注意事項、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,推拉力測試儀操作規(guī)范、使用方法和測試視頻,剪切力測試機(jī)方法和標(biāo)準(zhǔn),dage4000推拉力測試機(jī)、mfm1200推拉力測試機(jī)、鍵合拉力機(jī)和鍵合強(qiáng)度測試機(jī),焊接強(qiáng)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(guān)注我們,也可以給我們私信和留言?!究茰?zhǔn)測控】小編將持續(xù)為大家分享推拉力測試機(jī)在鋰電池電阻、晶圓、硅晶片、IC半導(dǎo)體、BGA元件焊點、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。