在現代電力電子與新能源汽車工業飛速發展的今天，絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）功率模塊作為電能轉換與控製的“心髒”，其可靠性直接決定了整個係統的性能與壽命。IGBT模塊內部通過焊接、鍵合等工藝將多個芯片互聯並封裝，這些連接點的機械強度是影響模塊長期穩定運行的關鍵因素。在生產工藝、長期功率循環及溫度衝擊下，連接界麵極易產生疲勞老化，導致導熱性能下降、接觸電阻增大，甚至引發模塊失效。

為確保IGBT模塊的質量與可靠性，對其進行嚴格的機械強度測試至關重要。其中，推力測試（或稱剪切力測試） 作為一種有效的檢測手段，被廣泛應用於評估芯片與基板（DBC）之間的焊接層、以及引線鍵合點的機械完整性。榴莲视频成版APP下载測控小編本文將深入探討IGBT推力測試的基本原理、相關標準、核心檢測設備（以Beta S100剪切力測試機為例）及標準操作流程，為相關行業的質量控製與工藝改進提供專業參考。

 

一、 測試原理

推力測試的核心原理是通過一個精密的測力傳感器，以恒定且可控的速度，向被測樣品（如IGBT芯片或鍵合線）施加一個垂直於其安裝平麵的推力（剪切力），直至其發生斷裂或脫落，同時實時記錄整個過程中的力值變化。

二、 測試標準

MIL-STD-883：美國軍用標準，其中的Method 2019 詳細規定了半導體器件芯片粘接強度的剪切強度測試方法。這是行業內廣泛認可的權威標準。

JESD22-B116：由JEDEC固態技術協會發布，名為“Wire Bond Shear Test Method”，主要針對鍵合點的剪切測試。

GB/T 4937（中國國家標準）：半導體器件機械和氣候試驗方法，其中也包含了相關的剪切和拉力測試要求。

AEC-Q101：汽車電子委員會針對分立半導體元件的可靠性驗證標準，其中要求進行芯片剪切測試。

三、 測試儀器

1、Beta S100剪切力測試機

Beta S100是一款高精度、高性能的微機控製剪切力/拉力測試機，專為半導體封裝、微電子組裝等領域的精密力學測試而設計。

主要技術特點：

高精度力值測量：采用高分辨率力值傳感器，量程範圍寬，精度可達±0.5%以內，能準確捕捉微小的力值變化。

精密運動控製：伺服電機驅動，實現無級調速，測試速度穩定、精確，確保測試結果的可重複性。

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，以適應不同尺寸的芯片和測試要求。同時可更換為拉力測試工具，進行鍵合線拉力測試。

用戶友好的軟件：內置專用測試軟件，可設置測試參數、實時顯示力-位移曲線、自動計算和保存測試結果（如最大力值、平均值、標準差等），並生成測試報告。

高倍率顯微鏡與照明係統：集成高清攝像頭和可調光源，便於精確對準樣品位置，並在測試後觀察失效模式。

安全防護：具備硬件和軟件限位保護，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的夾具平台上，確保模塊在測試過程中不會移動。

選擇與安裝推刀：根據被測芯片的尺寸，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。

係統校準：開啟設備電源，預熱。如有需要，根據設備手冊進行力值傳感器的日常校準。

步驟二：參數設置

在控製電腦的測試軟件中，新建一個測試程序。

設置關鍵參數：

測試類型：選擇“剪切測試”。

測試速度：根據標準（如MIL-STD-883建議為0.1-0.5 mm/s）設置推刀前進的速度。

推刀高度：設定推刀下表麵與DBC基板之間的間隙。這是關鍵參數，通常設置為芯片厚度的10%-25%，以確保推力作用於焊接層而非撬動芯片。

終止條件：通常設置為“力值下降至最大力值的某個百分比（如70%）”或達到預設的最大行程。

步驟三：對位與測試

視覺對位：通過軟件控製平台移動，並利用高倍率顯微鏡觀察，將推刀的前沿精確對準芯片一側，並確保推刀與芯片邊緣平行，且保持設定的推刀高度。 

開始測試：確認對位準確後，在軟件界麵點擊“開始測試”。設備將自動驅動推刀按設定速度前進，對芯片施加剪切力。

數據采集：軟件實時繪製力-位移曲線，並自動記錄峰值力（即剪切強度）。

步驟四：結果分析與記錄

數據記錄：測試完成後，軟件自動保存最大推力值。對同一批次的多個樣品進行測試，計算平均值和標準差。

失效模式分析：移開推刀，使用顯微鏡觀察芯片脫落後的焊盤和芯片背麵，判斷失效位置（焊料內部、芯片/焊料界麵或DBC/焊料界麵），並拍照記錄。

生成報告：將所有的測試數據、曲線和失效模式照片整合，生成標準格式的測試報告。

步驟五：設備複位與清理

測試全部結束後，將設備各軸移動至安全位置。

關閉軟件和電源。

清理測試平台和推刀上殘留的碎屑。

 

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