SiC功率半导体怎么测试？Die Shear、Wire Pull及高温推拉力测试方法

随着新能源汽车、光伏逆变器、储能、充电桩及工业电源等领域快速发展，SiC功率器件的应用不断增加。相比传统硅基功率器件，SiC器件面向更高温度、更高功率密度等应用环境，这也对芯片贴装、烧结层、键合线等封装连接结构的机械可靠性提出了更高要求。

SiC 功率模块开盖裸内部（图源网络，仅作展示）

本文科准测控小编将基于Alpha-W260自动推拉力测试机，从SiC功率器件是什么、有哪些机械连接结构、封装可靠性如何测试以及参考测试标准等方面，为您介绍SiC芯片推力、键合线拉力及高温推拉力测试方法。

一、SiC功率器件是什么？

SiC全称 Silicon Carbide，即碳化硅，是一种宽禁带半导体材料。相比传统硅材料，SiC具有较宽的禁带宽度、较高的临界击穿电场以及良好的高温性能，因此适合应用于高压、高频、高温及高功率密度等场景。目前常见的SiC功率器件主要包括SiC肖特基二极管（SiC SBD）、SiC MOSFET、SiC功率模块。

二、SiC功率器件有哪些机械连接结构？

1、SiC芯片与基板之间的连接

SiC裸芯片需要固定在DBC等封装载体上，根据器件结构及制造工艺，可采用焊料连接、银烧结等芯片贴装方式。这一连接区域直接影响芯片的机械固定状态。如果贴装材料、烧结工艺或相关界面存在异常，可能出现局部弱结合、界面分离甚至芯片脱落等问题。

2、SiC芯片与键合线之间的连接

部分SiC功率器件及功率模块采用Wire Bond实现芯片顶部互连，典型结构包括铝线键合等，这一位置需要重点关注键合线自身强度、键合点结合状态以及焊盘相关机械可靠性。

3、芯片贴装层与DBC等基板结构

功率模块中还可能采用DBC等陶瓷覆铜基板。SiC芯片通过相应的贴装层与基板连接，共同构成功率模块内部的重要机械结构。不同SiC功率模块的具体结构存在差异，因此进行推拉力测试之前，应先确认芯片尺寸、贴装工艺、键合方式、基板形式及目标测试位置，再确定对应的测试方法。

三、SiC封装可靠性如何测试？

SiC功率器件的机械可靠性测试，需要根据不同连接位置选择对应的推力、剪切或拉力测试方法。

1、SiC芯片贴装强度——Die Shear芯片剪切测试

如果SiC芯片焊接、银烧结或相关贴装界面存在异常，可能出现贴装层破坏、界面分离或芯片脱落等问题。针对这一连接位置，可以进行Die Shear芯片剪切测试，也就是芯片推力测试。

测试方法：将SiC器件或功率模块稳定固定在推拉力测试机平台上，根据芯片尺寸选择相应推刀。推刀移动至芯片侧面，在规定位置沿平行于基板的方向加载，直至芯片或相关连接区域发生失效。

测试过程中记录最大剪切力、力—位移曲线、测试位置及失效状态。

测试完成后，还需要观察芯片底部及基板表面的残留情况，进一步判断破坏发生在贴装材料内部、烧结层相关界面还是其他位置。

对于银烧结SiC芯片，这类测试尤其适合用于比较不同烧结工艺、材料或老化条件下芯片连接机械强度的变化。

2、SiC键合线强度——Wire Pull键合线拉力测试

对于采用Wire Bond结构的SiC功率器件，如果键合工艺存在异常，可能出现线材断裂、第一键合点脱离、第二键合点脱离以及焊盘相关破坏等失效。针对这类结构，可以采用Wire Pull键合线拉力测试。

测试方法：将拉钩移动至目标键合线下方，在规定位置沿垂直方向逐渐加载，直至键合线或键合区域发生失效。推拉力测试机记录最大拉力，并结合最终断裂位置判断失效模式。

3、SiC功率键合结构——推力/剪切测试

部分SiC功率器件采用较粗的铝线等功率键合结构。根据实际结构及测试要求，除Wire Pull外，还可以针对相应键合区域开展推力或剪切测试。

测试方法：根据键合结构尺寸选择对应的推刀、传感器量程和加载位置，通过峰值力、力—位移曲线及破坏位置评价机械连接状态。

4、高温状态下的SiC推拉力测试

SiC器件的一个典型应用特点，是需要面向较高温度和高功率密度等工作环境。因此，对于部分SiC功率器件研发和可靠性验证项目，仅进行常温推拉力测试可能无法覆盖实际需要。

针对这类需求，可以在推拉力测试机上配置加热平台及高温测试夹具，将SiC样品加热至规定温度并保持稳定后，再进行芯片剪切、拉力等机械测试。

四、SiC推拉力测试可以参考哪些标准？

SiC器件的具体测试标准需要根据封装结构、测试对象、产品类型及客户要求确定，常见可以参考的标准包括：

以上就是科准测控小编为您介绍的SiC功率器件机械连接结构、封装可靠性测试方法及相关参考标准。针对SiC芯片推力、铝线拉力及高温机械可靠性测试，科准测控Alpha-W260自动推拉力测试机可根据样品结构匹配相应量程、推刀、拉钩及专用夹具，并可结合最高300℃加热平台开展不同温度条件下的推拉力测试。

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