在電力電子領域，絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）模塊已成為現代能源轉換與電機控制的核心部件。其可靠性直接關系到新能源汽車、光伏逆變器、工業(yè)變頻器等關鍵設備的運行安全與壽命。而IGBT模塊內部芯片與端子之間的電氣連接，廣泛采用超聲鍵合的鋁線或鋁帶。這些微小的鍵合點堪稱模塊的“生命線"，其連接強度至關重要。

鍵合點一旦因振動、熱疲勞或工藝缺陷而失效，將導致模塊功能喪失，甚至引發(fā)整個系統(tǒng)的故障。因此，鍵合拉力測試（Bond Pull Test）是IGBT制造與可靠性評估中重要的環(huán)節(jié)。它能精確量化鍵合線的機械強度，是評判鍵合工藝質量、進行失效分析以及確保產品長期可靠性的黃金標準。

本文科準測控小編將深入淺出地介紹IGBT鋁線拉力測試的基本原理、遵循的國際標準、所需的專業(yè)儀器以及詳細的測試流程，助力各位工程師和質量控制人員更好地理解和應用這一關鍵檢測技術。

一、 測試原理

鍵合拉力測試的原理直觀而有效：使用精密的鉤狀探針（拉力鉤），從特定方向對鍵合線施加一個持續(xù)增大的垂直拉力（或與芯片表面成規(guī)定角度的力），直到鍵合線被拉斷或從鍵合點（芯片上的球鍵合點或端子上的楔鍵合點）脫離。

通過測量發(fā)生失效時的最大拉力值（單位為克力，gf或牛頓，N），即可獲得該鍵合點的斷裂強度。通過統(tǒng)計分析大量測試數據，可以評估鍵合工藝的穩(wěn)定性和一致性。失效模式（斷裂位置）的分析同樣重要，通常分為：

頸縮斷裂在焊線中間：理想的失效模式，表明鍵合點強度高于線材本身強度。

從芯片焊盤抬起（Lift Off）：表明芯片表面的鍵合界面是薄弱環(huán)節(jié)。

從端子焊盤抬起：表明端子表面的鍵合界面是薄弱環(huán)節(jié)。

焊盤 cratering（ crater裂紋）：最不希望看到的失效模式，指鍵合點被拉起時損傷了芯片下方的硅材料，這表明拉力過強或工藝存在嚴重問題。

二、 測試標準

MIL-STD-883 Method 2011.9： 《微電子器件試驗方法和程序》中的“鍵合強度"方法

ASTM F1269： 《半導體引線鍵合剪切和拉力試驗方法指南》

JEDEC JESD22-B116： 《鍵合拉力測試》

對于IGBT鋁線鍵合，通常會參考MIL-STD-883的標準，其最小拉力要求參考如下（常見線徑）：

三、 測試儀器

1、Alpha W260 推拉力測試機

設備特點：

高精度力傳感器： 可精確測量毫牛（mN）或克力（gf）級別的微小力。

高分辨率運動控制： 采用精密的步進電機或伺服電機，確保拉力鉤能以平穩(wěn)、可控的速度移動。

一體化顯微鏡與攝像頭： 內置高倍率光學系統(tǒng)，方便操作者精確定位拉力鉤和觀察鍵合線。

專用測試軟件： 用于設置測試參數（如拉力速度、高度、目標拉力值）、控制測試過程、自動記錄數據（峰值拉力值）、生成統(tǒng)計報告和存儲失效圖像。

多種測試工具： 配備一系列不同尺寸和形狀的拉力鉤，以適應不同線徑和鍵合線弧度的測試需求。

2、工裝夾具

四、 測試流程（以Alpha W260為例）

步驟一、準備工作

樣品固定： 將待測的IGBT模塊牢固地安裝在測試機的夾具平臺上，確保無松動。

設備開機： 開啟Alpha W260測試機及電腦軟件，預熱設備。

選擇與安裝拉力鉤： 根據待測鋁線的直徑和弧度，選擇合適的拉力鉤（通常鉤子頂端半徑應為線徑的2-3倍），并將其安裝到傳感器的夾頭上。

校準（定期進行）： 使用標準砝碼對力傳感器進行校準，確保測量精度。

步驟二、測試設置

在軟件中創(chuàng)建新測試程序或選擇已有程序。

步驟三、設置關鍵參數

測試類型： 選擇“拉力測試"。

測試速度： 通常設置為0.1 - 1.0 mm/s（需參考相關標準或內部規(guī)范）。

安全高度： 設置拉力鉤下降和移動的安全Z軸高度，避免碰撞樣品。

目標拉力： 可設置一個遠高于預期值的拉力作為安全上限，防止意外。

步驟四、定位與測試

顯微鏡觀察： 通過軟件控制平臺移動，在攝像頭視野中找到待測的鍵合線。

鉤子定位： 操縱手柄或軟件，將拉力鉤小心地移動到鍵合線弧度的最高點下方。確保鉤子與線垂直，且不與芯片或端子發(fā)生接觸。

執(zhí)行測試： 點擊軟件中的“開始"按鈕。設備將自動控制拉力鉤以設定速度垂直向上運動，對鍵合線施加拉力。

自動記錄： 傳感器實時監(jiān)測拉力值，軟件會捕捉并記錄下拉斷瞬間的最大峰值力。

步驟五、結果分析與報告

失效模式觀察： 測試完成后，通過顯微鏡觀察失效位置，判斷是線斷、界面抬起還是Crater，并在軟件中記錄該失效模式。

數據記錄： 軟件自動將本次測試的拉力值和失效模式保存到數據表中。

重復測試： 移動平臺和拉力鉤，對下一個鍵合點重復步驟3-4，直到完成規(guī)定數量的樣本測試（通常一個芯片上需測試多個點）。

生成報告： 測試結束后，軟件可自動生成統(tǒng)計報告，包括：樣本數量、平均值、標準差、最小值、最大值、CPK值以及失效模式分布等，并可導出為Excel或PDF格式。

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