基于推拉力测试机的塑封半导体器件粘接强度可靠性评估

一、原理分析

1、分层机理

塑封器件分层主要是在水汽和热应力的协同作用下发生的界面失效现象，其机理包括：

湿热膨胀效应：塑封料吸湿后，在高温下（如回流焊）水分快速汽化，产生膨胀应力

热失配应力：不同材料间热膨胀系数(CTE)差异导致的热应力

界面粘接失效：塑封料与其他材料界面处的粘接强度不足

爆米花效应：内部水汽快速膨胀导致封装体开裂

2、失效模式

早期失效：封装工艺缺陷导致

焊接/粘接缺陷

引线键合缺陷

注塑缺陷

固化收缩应力缺陷

3、使用期失效

热应力破坏（温度循环导致）

湿气破坏（腐蚀、爆米花效应等）

二、相关标准

MIL-STD-883：微电子器件试验方法和程序

ASTM D1002：金属间粘接拉伸剪切强度测试

三、检测仪器和工具

1、Beta S100推拉力测试机

A、设备特点

a、高精度力传感器：量程可达500N，分辨率0.01N，满足微焊点与粗端子测试需求。

b、多功能测试模式：支持拉力、推力、剥离力等多种测试方式。

c、自动化操作：配备高清显微镜和软件控制，实现jin准定位与数据记录。

2、推刀或钩针

3、常用工装夹具

四、测试流程

步骤一、样品选择

1、选取塑封功率器件（如 TO-252 封装），确保封装结构完整，无明显外部损伤。

2、预处理（可选）：

高温存储（125℃/24h）评估热老化影响

湿热试验（85℃/85%RH/168h）评估吸湿后粘接强度变化

固定样品：将器件固定在测试平台上，确保待测界面（如 EMC-Cu）与推刀方向平行。

步骤二、测试步骤

1、常温（25℃）剪切强度测试

a、设置参数：

测试模式：剪切力测试

测试速度：0.5mm/min（ASTM D1002 推荐）

zui大载荷：根据材料预估强度设定（通常 50-200N）

b、执行测试：

推刀以恒定速度施加力，直至界面剥离或断裂。

记zui大剪切力（F_max）。

c、数据计算：

剪切强度（τ） = F_max / 粘接面积（A）

单位：MPa（N/mm²）

步骤三、高温（150℃）剪切强度测试（模拟功率器件工作温度）

预热测试台：将温控模块加热至 150℃，稳定 10min。

放置样品：快速将样品固定，避免温度下降。

执行测试：同 5.1，记录高温下的剪切强度。

步骤四、拉力测试（可选）

适用于评估键合线、焊点等垂直方向的粘接强度。

测试方法类似，但采用拉力模式，记录zui大拉力（F_pull）。

步骤五、数据分析与失效模式判定

1、强度对比

计算不同温度下的强度下降率（如 EMC-Cu 在 150℃ vs. 25℃）。

对比不同界面（EMC-Cu vs. EMC-芯片）的粘接强度差异。

2、失效模式分析

界面剥离（粘接失效）：EMC 与 Cu/芯片分离，表明粘接不良。

内聚破坏（EMC 断裂）：材料自身强度不足。

混合失效：部分界面剥离，部分材料断裂。

以上就是小编介绍的有关于塑封半导体功率电子器件分层可靠性测试的相关内容了，希望可以给大家带来帮助。

原创作者：苏州科准测控有限公司