隨著新能源汽車、電源管理、光伏儲能以及工業(yè)控制設(shè)備的發(fā)展，功率半導(dǎo)體器件需要承受更高電壓、更大電流以及更復(fù)雜的工作環(huán)境。MOS管（MOSFET）作為常用的功率開關(guān)器件，其封裝可靠性直接影響產(chǎn)品長期運(yùn)行穩(wěn)定性。
TO-220 封裝 MOS 管
本文科準(zhǔn)測控小編圍繞MOS管封裝結(jié)構(gòu)及推拉力測試原理、標(biāo)準(zhǔn)、步驟等展開介紹，解析芯片剪切、鍵合線拉力、焊點推力等測試方法，為MOS管可靠性驗證提供參考。
一、MOS管是什么？
MOS管，即MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管），是一種利用柵極電壓控制電流通斷的半導(dǎo)體器件。
相比傳統(tǒng)開關(guān)器件，MOS管具有開關(guān)速度快、導(dǎo)通損耗低、工作頻率高、控制方式簡單等特點。被廣泛應(yīng)用在新能源汽車電控系統(tǒng)、光伏逆變器、儲能設(shè)備、電源模塊、工業(yè)驅(qū)動設(shè)備中。
功率MOS管通常由以下結(jié)構(gòu)組成：MOS芯片Die、銀膠或焊料層、引線框架、金線/鋁線鍵合結(jié)構(gòu)、塑封材料。
MOS管內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意
二、MOS管推拉力測試原理
MOS管推拉力測試主要通過推拉力測試機(jī)施加外部機(jī)械載荷，檢測封裝內(nèi)部不同連接區(qū)域的結(jié)合強(qiáng)度，并通過力值、位移以及失效模式判斷封裝工藝可靠性。
常見測試項目包括：
l Die Shear芯片剪切測試：剪切刀具水平推動MOS芯片，使芯片與基板之間產(chǎn)生相對位移，直到連接區(qū)域發(fā)生失效。主要用于評價：芯片與基板結(jié)合強(qiáng)度、銀膠/焊料連接質(zhì)量、固晶工藝穩(wěn)定性。
l Wire Pull鍵合線拉力測試：MOS管內(nèi)部通常采用金線、鋁線或銅線完成芯片與引腳之間的電氣連接。測試時，通過拉鉤夾住鍵合線，對其施加垂直方向拉力，直到線材斷裂、焊點脫落、連接區(qū)域失效。以此來評價鍵合線連接強(qiáng)度、焊點結(jié)合質(zhì)量、鍵合工藝一致性。
l Bond Shear焊點剪切測試：對于采用焊料連接的MOS管封裝結(jié)構(gòu)，需要檢測焊點結(jié)合可靠性。測試過程中，通過推桿或剪切刀具對焊點施加載荷，使焊點發(fā)生失效。主要評價焊料連接強(qiáng)度、焊接質(zhì)量、界面結(jié)合狀態(tài)。
三、MOS管推拉力測試標(biāo)準(zhǔn)
MOS管屬于微電子封裝器件，其力學(xué)可靠性測試通常參考半導(dǎo)體行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
常見標(biāo)準(zhǔn)包括：
1、JEDEC JESD22-B117：錫球剪切測試標(biāo)準(zhǔn)，可用于評價焊球、微凸點、BGA等連接強(qiáng)度。
2、MIL-STD-883 Method 2011：微電子器件鍵合強(qiáng)度測試方法，可用于鍵合線可靠性評價。
3、JEDEC JESD22-B116：鍵合線拉力測試標(biāo)準(zhǔn)，用于評價引線鍵合強(qiáng)度和線材連接可靠性。
4、AEC-Q101：車用分立半導(dǎo)體可靠性測試標(biāo)準(zhǔn)，適用于MOSFET在溫度循環(huán)或濕熱情況下的機(jī)械可靠性驗證要求。
四、MOS管推拉力測試設(shè)備
由于MOS管內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸較小，不同測試項目力值范圍差異較大，因此測試設(shè)備需要具備：
微小力值檢測能力、高精度位移控制、顯微定位功能、多種夾具適配能力。
科準(zhǔn)測控Alpha-W260自動推拉力測試機(jī)，可針對MOS管及功率半導(dǎo)體器件配置芯片剪切夾具、鍵合線拉力夾具、焊點測試夾具，設(shè)備可實時采集力值、位移、測試曲線和失效數(shù)據(jù)。幫助工程人員分析封裝連接強(qiáng)度、工藝一致性，排查失效原因。
五、MOS管推拉力測試步驟
步驟1：樣品準(zhǔn)備
根據(jù)測試需求準(zhǔn)備MOS管樣品。
必要時進(jìn)行Decap開封，暴露內(nèi)部芯片及鍵合結(jié)構(gòu)。
步驟2：安裝測試夾具
根據(jù)測試項目選擇對應(yīng)夾具并調(diào)整測試高度、接觸位置和加載方向。
步驟3：設(shè)置測試參數(shù)
設(shè)置測試速度、最大測試力、測試距離和觸發(fā)條件。
不同測試項目參數(shù)需根據(jù)芯片尺寸、鍵合線規(guī)格、封裝形式進(jìn)行調(diào)整。
步驟4：執(zhí)行力學(xué)測試
設(shè)備按照設(shè)定參數(shù)加載，并同步記錄力-位移曲線、最大失效力及斷裂過程。
步驟5：分析測試結(jié)果
根據(jù)測試數(shù)據(jù)判斷是否滿足強(qiáng)度要求、失效位置在哪里、是否存在工藝異常。
結(jié)合顯微觀察，可進(jìn)一步分析芯片界面問題、焊接問題、鍵合質(zhì)量問題。
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