在電動汽車、工業控制等g端領域,IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)作為電能轉換的核心,其可靠性直接決定了整個系統的性能與壽命。而封裝內部,那細如發絲的鋁線或鋁帶,是連接芯片與外部世界的“生命線",承擔著巨大的電流和功率循環應力。一旦鍵合點失效,將導致模塊功能喪失,甚至引發嚴重事故。
因此,對鍵合點進行機械拉力測試,是評估其焊接質量、確保器件長期可靠性的“必考科目"。尤其是在更為嚴苛的車規級標準下,這項測試更是重要。今天,科準測控小編將帶您深入了解車規級IGBT鋁線拉力測試的全貌,從基本原理到具體操作流程,為您提供一份詳實的參考指南。
一、 測試原理
鍵合拉力測試的原理直觀而經典:通過施加一個垂直于鍵合點表面的、持續增加的拉力,直到鍵合線被拉斷或鍵合點發生脫離,從而測得該鍵合點的極限抗拉強度。
測試結果通常表現為兩種典型的失效模式:
線頸斷裂:斷裂發生在焊線最薄弱的頸部(Heel),而非鍵合點界面。這通常被認為是理想的失效模式,表明鍵合點本身的強度高于線材本身的強度,鍵合質量良好。
界面剝離:斷裂發生在鍵合線與芯片或基板金屬層的界面。這通常意味著鍵合工藝存在問題,如清潔度不足、參數設置不當等,導致鍵合界面強度不夠。
通過統計分析大量測試數據,不僅可以判斷單根鍵合線的質量,更能評估和監控整個鍵合工藝的穩定性和一致性。
二、 測試標準
MIL-STD-883 Method 2011.7:這是微電子器件鍵合強度測試的基石標準,詳細規定了測試方法、鉤子的類型和尺寸、測試速度等。
AEC-Q101:這是汽車電子委員會針對分立半導體元件的應力測試認證標準,是進入汽車供應鏈的“通行證"。
JESD22-B116:JEDEC固態技術協會發布的標準,與MIL-STD-883類似,也是行業內廣泛接受的鍵合強度測試標準。
三、 測試儀器
1、Beta S100 推拉力測試機
這是一款專為微電子封裝強度測試設計的高精度設備,非常適合進行車規級IGBT的鍵合拉力測試。其主要特點包括:
高精度力值傳感器:能夠精確測量從幾毫牛到數百牛頓的拉力,滿足從細鋁線到粗鋁帶的全范圍測試需求。
精密的運動控制:采用高精度步進電機或伺服電機,確保測試頭以恒定、平穩的速度上升,避免沖擊對測試結果的影響。
人性化操作軟件:內置測試程序編輯器,可方便地設定測試速度、距離、上下限等參數。自動記錄并分析測試結果(峰值拉力、失效模式等)。
多種測試工具:配備符合標準的不同型號和尺寸的測試鉤子,以適應不同線弧和間距的鍵合線。
視頻輔助系統:集成高倍率顯微鏡和攝像頭,便于操作者精確定位測試鉤子,確保鉤子鉤在鍵合線的中間位置,且不與芯片或基板發生觸碰。
四、 測試流程
步驟一:樣品準備與固定
將待測的IGBT模塊(通常是開封后的樣品)穩固地固定在測試機的夾具平臺上。
確保樣品放置水平,鍵合點所在平面與測試頭的運動方向垂直。
步驟二:設備設置與校準
打開測試機和電腦軟件。
根據待測鋁線的直徑和標準要求(如MIL-STD-883),在軟件中設置測試參數:
測試模式:拉力測試。
測試速度:通常設置為0.1 - 1.0 mm/s,確保為準靜態測試。
力值上限:設置為略高于預期斷裂力,以保護傳感器。
選擇尺寸合適的測試鉤子并安裝到傳感器上。鉤子的寬度和厚度需適用于鍵合線的線弧,避免過寬鉤到相鄰的線,或過厚損壞線弧。
步驟三:定位與掛鉤
通過軟件控制或手動操控,移動測試頭至鍵合線上方。
利用設備集成的顯微鏡和攝像頭,精細調節鉤子的三維位置:
X-Y方向:將鉤子移動到鍵合線中段的正下方。
Z方向:緩慢上升平臺或下降鉤子,使鉤子恰好從鍵合線下方穿過,并鉤住線弧的最高點。關鍵: 確保鉤子只接觸鍵合線本身,與芯片表面、基板或其他結構保持安全距離。
步驟四:執行測試
在軟件界面點擊“開始測試"。
測試機將按照預設速度,垂直向上拉動鉤子。
力值傳感器實時記錄拉力數據,軟件界面會顯示力-位移曲線。
測試將持續到鍵合線被拉斷或鍵合點脫落,設備自動記錄下峰值拉力值。
步驟五:結果分析與記錄
設備自動判定峰值拉力是否在設定的上下限范圍內。
操作員通過顯微鏡觀察斷裂位置,手動或通過軟件圖像識別功能判定失效模式(線頸斷裂或界面剝離)。
軟件自動生成測試報告,包含測試編號、峰值拉力、失效模式、力-位移曲線等。
對同一批次的多個樣品進行重復測試,進行統計分析,評估工藝能力。
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