在現(xiàn)代電力電子與新能源汽車工業(yè)飛速發(fā)展的今天，絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）功率模塊作為電能轉(zhuǎn)換與控制的“心臟”，其可靠性直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的性能與壽命。IGBT模塊內(nèi)部通過焊接、鍵合等工藝將多個(gè)芯片互聯(lián)并封裝，這些連接點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度是影響模塊長期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。在生產(chǎn)工藝、長期功率循環(huán)及溫度沖擊下，連接界面極易產(chǎn)生疲勞老化，導(dǎo)致導(dǎo)熱性能下降、接觸電阻增大，甚至引發(fā)模塊失效。

為確保IGBT模塊的質(zhì)量與可靠性，對其進(jìn)行嚴(yán)格的機(jī)械強(qiáng)度測試至關(guān)重要。其中，推力測試（或稱剪切力測試） 作為一種有效的檢測手段，被廣泛應(yīng)用于評估芯片與基板（DBC）之間的焊接層、以及引線鍵合點(diǎn)的機(jī)械完整性?？茰?zhǔn)測控小編本文將深入探討IGBT推力測試的基本原理、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、核心檢測設(shè)備（以Beta S100剪切力測試機(jī)為例）及標(biāo)準(zhǔn)操作流程，為相關(guān)行業(yè)的質(zhì)量控制與工藝改進(jìn)提供專業(yè)參考。

一、測試原理

推力測試的核心原理是通過一個(gè)精密的測力傳感器，以恒定且可控的速度，向被測樣品（如IGBT芯片或鍵合線）施加一個(gè)垂直于其安裝平面的推力（剪切力），直至其發(fā)生斷裂或脫落，同時(shí)實(shí)時(shí)記錄整個(gè)過程中的力值變化。

二、測試標(biāo)準(zhǔn)

MIL-STD-883：美國軍用標(biāo)準(zhǔn)，其中的Method 2019 詳細(xì)規(guī)定了半導(dǎo)體器件芯片粘接強(qiáng)度的剪切強(qiáng)度測試方法。這是行業(yè)內(nèi)廣泛認(rèn)可的權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)。

JESD22-B116：由JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)發(fā)布，名為“Wire Bond Shear Test Method”，主要針對鍵合點(diǎn)的剪切測試。

GB/T 4937（中國國家標(biāo)準(zhǔn)）：半導(dǎo)體器件機(jī)械和氣候試驗(yàn)方法，其中也包含了相關(guān)的剪切和拉力測試要求。

AEC-Q101：汽車電子委員會(huì)針對分立半導(dǎo)體元件的可靠性驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)，其中要求進(jìn)行芯片剪切測試。

三、測試儀器

1、Beta S100剪切力測試機(jī)

Beta S100是一款高精度、高性能的微機(jī)控制剪切力/拉力測試機(jī)，專為半導(dǎo)體封裝、微電子組裝等領(lǐng)域的精密力學(xué)測試而設(shè)計(jì)。

主要技術(shù)特點(diǎn)：

高精度力值測量：采用高分辨率力值傳感器，量程范圍寬，精度可達(dá)±0.5%以內(nèi)，能準(zhǔn)確捕捉微小的力值變化。

精密運(yùn)動(dòng)控制：伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，測試速度穩(wěn)定、精確，確保測試結(jié)果的可重復(fù)性。

多功能測試夾具：配備精密的剪切力測試夾具，推刀厚度、高度可調(diào)，以適應(yīng)不同尺寸的芯片和測試要求。同時(shí)可更換為拉力測試工具，進(jìn)行鍵合線拉力測試。

用戶友好的軟件：內(nèi)置專用測試軟件，可設(shè)置測試參數(shù)、實(shí)時(shí)顯示力-位移曲線、自動(dòng)計(jì)算和保存測試結(jié)果（如最大力值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等），并生成測試報(bào)告。

高倍率顯微鏡與照明系統(tǒng)：集成高清攝像頭和可調(diào)光源，便于精確對準(zhǔn)樣品位置，并在測試后觀察失效模式。

安全防護(hù)：具備硬件和軟件限位保護(hù)，確保操作安全。

四、測試流程（以IGBT芯片剪切測試為例）

步驟一：準(zhǔn)備工作

樣品固定：將待測的IGBT功率模塊牢固地固定在測試機(jī)的夾具平臺上，確保模塊在測試過程中不會(huì)移動(dòng)。

選擇與安裝推刀：根據(jù)被測芯片的尺寸，選擇合適的推刀（厚度通常為芯片厚度的80%-90%）。將推刀正確安裝到力值傳感器的測頭上。

系統(tǒng)校準(zhǔn)：開啟設(shè)備電源，預(yù)熱。如有需要，根據(jù)設(shè)備手冊進(jìn)行力值傳感器的日常校準(zhǔn)。

步驟二：參數(shù)設(shè)置

在控制電腦的測試軟件中，新建一個(gè)測試程序。

設(shè)置關(guān)鍵參數(shù)：

測試類型：選擇“剪切測試”。

測試速度：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（如MIL-STD-883建議為0.1-0.5 mm/s）設(shè)置推刀前進(jìn)的速度。

推刀高度：設(shè)定推刀下表面與DBC基板之間的間隙。這是關(guān)鍵參數(shù)，通常設(shè)置為芯片厚度的10%-25%，以確保推力作用于焊接層而非撬動(dòng)芯片。

終止條件：通常設(shè)置為“力值下降至最大力值的某個(gè)百分比（如70%）”或達(dá)到預(yù)設(shè)的最大行程。

步驟三：對位與測試

視覺對位：通過軟件控制平臺移動(dòng)，并利用高倍率顯微鏡觀察，將推刀的前沿精確對準(zhǔn)芯片一側(cè)，并確保推刀與芯片邊緣平行，且保持設(shè)定的推刀高度。

開始測試：確認(rèn)對位準(zhǔn)確后，在軟件界面點(diǎn)擊“開始測試”。設(shè)備將自動(dòng)驅(qū)動(dòng)推刀按設(shè)定速度前進(jìn)，對芯片施加剪切力。

數(shù)據(jù)采集：軟件實(shí)時(shí)繪制力-位移曲線，并自動(dòng)記錄峰值力（即剪切強(qiáng)度）。

步驟四：結(jié)果分析與記錄

數(shù)據(jù)記錄：測試完成后，軟件自動(dòng)保存最大推力值。對同一批次的多個(gè)樣品進(jìn)行測試，計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

失效模式分析：移開推刀，使用顯微鏡觀察芯片脫落后的焊盤和芯片背面，判斷失效位置（焊料內(nèi)部、芯片/焊料界面或DBC/焊料界面），并拍照記錄。

生成報(bào)告：將所有的測試數(shù)據(jù)、曲線和失效模式照片整合，生成標(biāo)準(zhǔn)格式的測試報(bào)告。

步驟五：設(shè)備復(fù)位與清理

測試全部結(jié)束后，將設(shè)備各軸移動(dòng)至安全位置。

關(guān)閉軟件和電源。

清理測試平臺和推刀上殘留的碎屑。

以上就是小編介紹的有關(guān)于IGBT功率模塊推力測試相關(guān)內(nèi)容了，希望可以給大家?guī)韼椭Ｈ绻€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(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。【科準(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(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。

審核編輯 黃宇