半导体集成电路芯片剪切强度测试全面解析

芯片剪切强度试验是评价芯片黏结可靠性的主要手段之一。芯片的高度集成小型化的发展对芯片剪切设备的施力范围、灵敏度等能力的要求也是逐渐提高的。其中芯片剪切设备是目前最先进的芯片剪切仪,该设备拥有创立的模块设计理念让配置更灵活,从而使之成为单一或多功能应用都具很高性价比的推拉力测试系统,达到高精度、高重复性、高再现性。今天__【科准测控】__小编就来分享一下半导体集成电路芯片剪切强度测试目的、设备要求、技术参数、试验方法以及失效判据，一起往下看吧！

试验目的

本试验的目的是确定将半导体芯片或表面安装的无源器件安装在管座或其他基板上所使用的材料和工艺步骤的完整性。通过测量对芯片所加力的大小、观察在该力作用下产生的失效类型（如果出现失效）以及残留的芯片附着材料和基板/管座金属层的外形来判定器件是否接收。

设备要求

本试验所需设备是一台能施加负载的仪器，要求其准确度达到满刻度的±5%或0.5N（取其较大者）；一台用来施加本试验所需力的带有杠杆臂的圆形测力计或线性运动加力仪。试验设备应具有下述能力∶

a） 芯片接触工具，能把力均匀地加到芯片的一条棱边（见图 1）。可使用合适的辅助器材（如光滑的爪状物、线带等），以确保芯片接触工具能将应力均匀地施加到芯片的一条棱边。

b） 保证芯片接触工具与管座或基板上安放芯片的平面垂直。

c） 芯片接触工具与管座/基板夹具具有相对旋转能力，这有利于与芯片边沿线接触，即对芯片加力的工具应从一端到另一端接触芯片的整个边沿（见图2）。

d） 一台放大倍数至少为10倍的双目显微镜，其照明应有利于在试验过程中对芯片与芯片接触工具的界面进行观察。

科准测控推拉力测试机符合以上测试要求：

技术参数

1、测试精度：±0.25%；

2、X轴有效行程：200mm（标准机型）可按需定制

3、Y轴有效行程：160mm（标准机型）可按需定制

4、Z轴有效行程：60mm（标准机型）可按需定制

5、平台夹具：平台可共用各种夹具，按客户产品订制

6、双摇杆控制机器四轴运动，操作简单快捷

7、外形尺寸： L660W355H590(mm)

8、净重：70KG

9、电源：220V 50/60HZ.≤2KW

10、气压：0.4-0.6Mpa

剪切强度试验方法

采用上述设备对芯片施加力，该力应足以能把芯片从固定位置上剪切下来或等于规定的最小剪切强度（见图4）的两倍（取其第一个出现的值）。

注意∶对于无源元件，仅元件末端焊接区与基板焊接，因此用于确定应施加推力的大小只计算元件末端焊接区面积之和。芯片剪切力应施加在无源元件垂直于最长轴线上的方向上。粘接面积应通过测量实际可能的元件粘接区域确定。例如，典型的陶瓷片式电容器是通过其端金属化区域粘接。粘结面积应从一个入射视角，通过测量两端的金属区域来决定。在进行剪切试验之前应将此测量值乘以2得到粘结面积。电容体下的非导电性底架材料的面积，不属测量范围，因为此类材料通常用来对器件提供足够的机械支撑，一般不起电连接作用。如果任何元件的底部表面存在以提高粘接强度为目的的粘接，对于本评定，此区域面积视为粘接面积。

1. 当采用线性运动加力仪时，加力方向应与管座或基板平面平行，并与被试验的芯片垂直。

b） 当采用带有杠杆臂的圆形测力计施加试验所需要的作用力时，它应能围绕杠杆臂轴转动。其运动方向与管座或基板平面平行，并与被试验的芯片边沿垂直。与杠杆臂相连的接触工具应位于适当距离上，以保证外加力的准确数值。

c） 芯片接触工具应在与固定芯片的管座或基板基座近似成90°的芯片边沿由 ON 到规定值逐渐施加应力（见图3）。对长方形芯片，应从与芯片长边垂直的方向施加应力。当试验受到封装外形结构限制时，如果上述规定不适用，则可选择适用的边进行试验。

d） 在与芯片边沿开始接触之后以及在加力期间，接触工具的相对位置不得垂直移动，以保证与管座/基板或芯片附着材料一直保持接触。如果芯片接触工具位于芯片上面，可换用一个新的芯片或重新对准芯片，只要3.1c）的要求得到满足。

失效判据

符合以下任一条判据的器件均应视为失效。

a） 达不到图4中1.0倍曲线所表示的芯片强度要求。

b） 使芯片与底座脱离时施加的力小于图4中标有1.0倍的曲线所表示的最小强度的1.25倍，同时

芯片在附着材料上的残留小于附着区面积的50%。

c） 使芯片与底座脱离时施加的力小于图4中标有1.0倍的曲线所表示的最小强度的2.0倍，同时芯片在附着材料上的残留小于附着区面积的10%。

注∶对共晶焊料的芯片，残留在芯片附着区中的不连续碎硅片应看作此种附着材料；对金属玻璃粘接剂粘接

的芯片，在芯片上或在基座上的芯片附着材料应作为可接收的附着材料。

3.3 芯片脱离的类别

当有规定时，应记录使芯片从底座上脱离时所加力的大小和脱离的类别。a） 芯片被剪切掉，底座上残留有硅碎片；b） 芯片与芯片附着材料间脱离c） 芯片与芯片附着材料一起脱离底座。

说明

有关的订购文件应规定以下内容∶

a）)最小芯片粘结强度要求（若不同于图4的规定）；

b）应接受试验的器件数和接收判据；

c）适用时数据记录的要求（见3.3）。

本文就是小编分享的关于半导体集成电路芯片剪切强度测试原理、技术参数、试验方法及失效判据介绍了！希望能给大家带来帮助。科准专注于推拉力测试机研发、生产、销售。广泛用于与LED封装测试、IC半导体封装测试、TO封装测试、IGBT功率模块封装测试、光电子元器件封装测试、大尺寸PCB测试、MINI面板测试、大尺寸样品测试、汽车领域、航天航空领域、军工产品测试、研究机构的测试及各类院校的测试研究等应用。如果您有遇到任何有关推拉力机、半导体集成电路等问题，欢迎给我们私信或留言，科准的技术团队也会为您免费解答！
审核编辑 黄昊宇