晶片剪切力测试：如何利用推拉力测试机？步骤详解

晶片剪切力测试：如何利用推拉力测试机？步骤详解

晶片剪切力测试是半导体封装过程中的一项关键质量控制手段，主要用于评估芯片与基板之间连接的可靠性和稳定性。本文将详细介绍推拉力测试机在晶片剪切力测试中的应用，包括其技术特点、测试流程、优势以及对行业发展的推动作用。

一、工作原理

推拉力测试机的工作原理基于力学原理，即通过施加推力或拉力于测试样品，并测量样品在受力过程中的位移和力值变化。其核心组成部分包括：

• 传动机构：用于生成并施加推力或拉力。
• 传感器：测量样品在受力过程中的位移和力值变化。
• 控制系统：设置测试参数，控制测试过程，并记录数据。
• 数据处理系统：分析测试数据，评估样品的强度和性能。

在测试过程中，设备会对样品施加逐渐增大的力，同时监测其位移和形变。当样品达到极限并发生破坏时，设备捕捉到的最大力值即为样品的极限强度。

二、测试目的

晶片剪切力测试的主要目的是评估芯片与基板之间连接的可靠性和稳定性。通过施加剪切力并测量其所需的力值，可以判断芯片与基板的粘接强度是否符合设计要求，是否存在焊接缺陷或材料问题。此外，该测试还能帮助优化封装工艺参数，确保芯片在实际使用中能够承受各种机械应力，从而提高产品的整体质量和可靠性。

三、常用检测设备

1. Alpha W260推拉力测试仪

A、设备介绍

Alpha W260推拉力测试机是一款专为微电子领域设计的动态测试设备，广泛应用于半导体封装测试、LED封装测试、光电子器件封装测试以及PCBA电子组装测试等领域。该设备支持多种测试模式，包括推力、拉力和剪切力测试，能够满足不同封装形式和测试场景的需求。

B、设备特点

1. 高精度：采用24Bit超高分辨率数据采集系统，确保测试数据的高精度、高重复性和高再现性。
2. 多功能：支持多种测试模式，如晶片推力、金球推力、金线拉力和焊球剪切力测试。
3. 操作简便：配备摇杆操作和X、Y轴自动工作台，可快速定位测试点，提高测试效率。
4. 安全保障：每个工位均设有独立安全高度和限速，防止误操作损坏测试针头。

C、常用工装夹具

D、实测案例展示

四、测试流程

步骤一、样品准备

• 选择待测试的晶片样品，确保其表面清洁、无污染且无明显损伤。
• 根据测试需求，对样品进行适当的标记或编号，以便区分和记录数据。
• 确认样品的封装形式和尺寸，选择合适的测试夹具和剪切工具。

步骤二、测试参数设置

• 在测试机的控制软件中输入测试参数，包括剪切力的加载速率、测试高度、位移范围等。
• 设置数据采集频率，确保能够准确记录力值和位移的变化曲线。
• 根据晶片的材料和封装工艺，选择合适的测试模式（如剪切力测试）。

步骤三、测试操作

1. 样品安装

• 将晶片样品放置在测试夹具中，确保其位置准确且固定牢固。
• 对于倒装芯片或BGA封装，需确保测试工具与芯片表面垂直，避免因角度偏差导致测试结果不准确。

2. 测试头定位

• 使用设备的X、Y轴移动功能，将测试头精确移动到晶片的测试点上方。
• 调整测试头的高度，使其与晶片表面接触但不施加压力。
• 确认测试工具的角度和位置，确保剪切力能够均匀施加在芯片与基板的粘接面上。

3. 测试执行

• 启动测试程序，设备按照预设的参数开始施加剪切力。
• 在测试过程中，实时观察力值和位移的变化曲线，确保测试过程平稳进行。
• 当晶片与基板之间的粘接界面发生断裂时，设备自动记录最大剪切力值，并停止测试。

4. 数据记录

• 测试完成后，设备将自动保存测试数据，包括最大剪切力值、位移曲线等。
• 将测试结果导出至数据处理软件，进行进一步分析和处理。

步骤四、测试后处理

1. 数据处理与分析

• 对测试数据进行整理，计算晶片的剪切强度（最大剪切力除以剪切面积）。
• 分析力值和位移曲线，评估晶片与基板的粘接质量，判断是否存在脱层、裂纹或其他缺陷。
• 将测试结果与标准要求或工艺参数进行对比，评估样品的合格性。

2. 设备维护

• 清洁测试夹具和测试头，去除残留的样品碎片或污染物。
• 检查设备的机械部件和传感器，确保其正常工作。
• 对设备进行日常维护，如润滑、校准等，以延长设备的使用寿命。

3. 测试报告生成

• 根据测试数据和分析结果，生成详细的测试报告，包括样品信息、测试参数、测试结果、数据分析和结论。
• 测试报告应清晰、准确地反映晶片剪切力测试的全过程，为后续的质量控制和工艺优化提供参考。

五、注意事项

1. 在测试过程中，应严格遵守操作规程，避免因操作不当导致设备损坏或测试结果不准确。
2. 对于不同类型的晶片和封装形式，可能需要调整测试参数和夹具，以确保测试结果的可靠性。
3. 定期对设备进行校准和维护，确保其长期稳定运行。