推拉力测试仪的工作原理及其在IGBT功率模块推力检测中的应用

在现代电力电子与新能源汽车工业飞速发展的今天，绝缘栅双极型晶体管（IGBT）功率模块作为电能转换与控制的“心脏”，其可靠性直接决定了整个系统的性能与寿命。IGBT模块内部通过焊接、键合等工艺将多个芯片互联并封装，这些连接点的机械强度是影响模块长期稳定运行的关键因素。在生产工艺、长期功率循环及温度冲击下，连接界面极易产生疲劳老化，导致导热性能下降、接触电阻增大，甚至引发模块失效。

为确保IGBT模块的质量与可靠性，对其进行严格的机械强度测试至关重要。其中，推力测试（或称剪切力测试） 作为一种有效的检测手段，被广泛应用于评估芯片与基板（DBC）之间的焊接层、以及引线键合点的机械完整性。科准测控小编本文将深入探讨IGBT推力测试的基本原理、相关标准、核心检测设备（以Beta S100剪切力测试机为例）及标准操作流程，为相关行业的质量控制与工艺改进提供专业参考。

一、测试原理

推力测试的核心原理是通过一个精密的测力传感器，以恒定且可控的速度，向被测样品（如IGBT芯片或键合线）施加一个垂直于其安装平面的推力（剪切力），直至其发生断裂或脱落，同时实时记录整个过程中的力值变化。

二、测试标准

MIL-STD-883：美国军用标准，其中的Method 2019 详细规定了半导体器件芯片粘接强度的剪切强度测试方法。这是行业内广泛认可的权威标准。

JESD22-B116：由JEDEC固态技术协会发布，名为“Wire Bond Shear Test Method”，主要针对键合点的剪切测试。

GB/T 4937（中国国家标准）：半导体器件机械和气候试验方法，其中也包含了相关的剪切和拉力测试要求。

AEC-Q101：汽车电子委员会针对分立半导体元件的可靠性验证标准，其中要求进行芯片剪切测试。

三、测试仪器

1、Beta S100剪切力测试机

Beta S100是一款高精度、高性能的微机控制剪切力/拉力测试机，专为半导体封装、微电子组装等领域的精密力学测试而设计。

主要技术特点：

高精度力值测量：采用高分辨率力值传感器，量程范围宽，精度可达±0.5%以内，能准确捕捉微小的力值变化。

精密运动控制：伺服电机驱动，实现无级调速，测试速度稳定、精确，确保测试结果的可重复性。

多功能测试夹具：配备精密的剪切力测试夹具，推刀厚度、高度可调，以适应不同尺寸的芯片和测试要求。同时可更换为拉力测试工具，进行键合线拉力测试。

用户友好的软件：内置专用测试软件，可设置测试参数、实时显示力-位移曲线、自动计算和保存测试结果（如最大力值、平均值、标准差等），并生成测试报告。

高倍率显微镜与照明系统：集成高清摄像头和可调光源，便于精确对准样品位置，并在测试后观察失效模式。

安全防护：具备硬件和软件限位保护，确保操作安全。

四、测试流程（以IGBT芯片剪切测试为例）

步骤一：准备工作

样品固定：将待测的IGBT功率模块牢固地固定在测试机的夹具平台上，确保模块在测试过程中不会移动。

选择与安装推刀：根据被测芯片的尺寸，选择合适的推刀（厚度通常为芯片厚度的80%-90%）。将推刀正确安装到力值传感器的测头上。

系统校准：开启设备电源，预热。如有需要，根据设备手册进行力值传感器的日常校准。

步骤二：参数设置

在控制电脑的测试软件中，新建一个测试程序。

设置关键参数：

测试类型：选择“剪切测试”。

测试速度：根据标准（如MIL-STD-883建议为0.1-0.5 mm/s）设置推刀前进的速度。

推刀高度：设定推刀下表面与DBC基板之间的间隙。这是关键参数，通常设置为芯片厚度的10%-25%，以确保推力作用于焊接层而非撬动芯片。

终止条件：通常设置为“力值下降至最大力值的某个百分比（如70%）”或达到预设的最大行程。

步骤三：对位与测试

视觉对位：通过软件控制平台移动，并利用高倍率显微镜观察，将推刀的前沿精确对准芯片一侧，并确保推刀与芯片边缘平行，且保持设定的推刀高度。

开始测试：确认对位准确后，在软件界面点击“开始测试”。设备将自动驱动推刀按设定速度前进，对芯片施加剪切力。

数据采集：软件实时绘制力-位移曲线，并自动记录峰值力（即剪切强度）。

步骤四：结果分析与记录

数据记录：测试完成后，软件自动保存最大推力值。对同一批次的多个样品进行测试，计算平均值和标准差。

失效模式分析：移开推刀，使用显微镜观察芯片脱落后的焊盘和芯片背面，判断失效位置（焊料内部、芯片/焊料界面或DBC/焊料界面），并拍照记录。

生成报告：将所有的测试数据、曲线和失效模式照片整合，生成标准格式的测试报告。

步骤五：设备复位与清理

测试全部结束后，将设备各轴移动至安全位置。

关闭软件和电源。

清理测试平台和推刀上残留的碎屑。

以上就是小编介绍的有关于IGBT功率模块推力测试相关内容了，希望可以给大家带来帮助。如果您还对推拉力测试机怎么使用视频和图解，使用步骤及注意事项、作业指导书，原理、怎么校准、杠杆如何校准和使用方法视频，推拉力测试仪操作规范、使用方法和测试视频，剪切力测试机方法和标准，dage4000推拉力测试机、mfm1200推拉力测试机、键合拉力机和键合强度测试机，焊接强度测试仪使用方法和键合拉力测试仪等问题感兴趣，欢迎关注我们，也可以给我们私信和留言。【科准测控】小编将持续为大家分享推拉力测试机在锂电池电阻、晶圆、硅晶片、IC半导体、BGA元件焊点、ALMP封装、微电子封装、LED封装、TO封装等领域应用中可能遇到的问题及解决方案。

审核编辑 黄宇