晶圆上的Die怎么测剪切力？推拉力测试机方法介绍

最近，我们接到一项晶圆芯片推力测试需求。测试样品为一片4英寸晶圆（Wafer），其上分布多颗Die，需要对其中指定位置的Die进行键合强度测试，获得Die发生破坏时的最大力值，以评价芯片与基底之间的键合强度及连接可靠性。

那么，晶圆芯片推力怎么测试？Die Shear测试需要注意哪些问题？本文科准测控小编就结合此案例，从测试原理、测试标准、测试设备及测试步骤几个方面，为大家详细介绍晶圆芯片推力及Die键合强度测试方法。

一、测试原理

晶圆芯片推力测试通常采用Die Shear芯片剪切方式，根据Die尺寸选择相应推刀，将推刀移动至芯片侧面，并调整至规定的剪切高度，沿接近平行于晶圆表面的方向移动，对Die持续施加剪切载荷，直至Die、键合层或相关连接界面发生破坏。推拉力测试机实时采集测试过程中的力值变化，并记录最大推力及相应测试数据。测试完成后，观察Die及测试区域的破坏状态，例如芯片是否整体脱离、Die是否发生碎裂以及键合界面是否存在材料残留等，并结合最大推力对芯片键合质量进行分析。

二、测试标准

晶圆芯片推力及Die Shear芯片剪切测试可参考：MIL-STD-883 Method 2019——Die Shear Strength，具体测试条件应根据Die尺寸、键合结构、测试目的及实际产品要求确定。

三、测试设备

本次测试采用科准测控Alpha-W260自动推拉力测试机

测试条件：

晶圆尺寸：4英寸

Die尺寸：5×5mm

测试项目：Die Shear芯片剪切

测试速度：50μm/s

剪切高度：50μm

测试数量：4颗

合格力值：6000g

使用量程：100kg

四、测试步骤

步骤一：固定晶圆

首先将待测晶圆安装到推拉力测试机工作平台上。

本次晶圆直径约100mm。由于需要直接在完整晶圆上进行Die Shear测试，因此晶圆必须固定稳定，避免推刀加载过程中样品发生滑动或位置变化。

同时需要注意晶圆本身具有一定脆性，固定过程中应避免因局部夹持力过大造成晶圆损伤。

步骤二：在待测Die区域粘贴胶带

本次Die尺寸为5×5mm，实际剪切力达到几十公斤。在Die表面增加胶带，可以对芯片形成一定约束，使剪切过程中受力和破坏过程更加稳定，同时减少Die破碎后碎片飞散。

进行多颗Die对比测试时，应尽量保证胶带材质、厚度、覆盖范围及粘贴方式一致，减少不同测试位置之间额外的条件差异。

步骤三：显微定位目标Die

通过推拉力测试机的显微观察系统找到晶圆上指定的待测Die。

调整测试平台，使目标Die移动到推刀对应位置，并确认实际剪切方向。

由于一片晶圆上通常排列有多颗Die，因此测试时需要准确对应目标位置，避免测试到相邻芯片。

步骤四：安装推刀并设置剪切高度

根据Die尺寸选择对应的剪切推刀，将推刀移动到目标Die侧面。

本次Die Shear测试剪切高度设置为50μm。

调整过程中需要确认推刀能够稳定作用于Die侧面，同时避免推刀位置过低直接接触晶圆表面。

剪切高度是芯片推力测试中需要重点控制的参数之一。如果不同Die采用不同剪切高度，其实际受力状态可能存在差异，从而影响测试结果之间的可比性。

步骤五：设置Die Shear测试参数

在测试软件中设置本次晶圆芯片推力测试参数，设置完成后，再次检查晶圆固定状态、目标Die位置以及推刀高度。

步骤六：开始晶圆芯片推力测试

启动设备后，推刀按照设定速度移动至Die侧面，并持续施加水平剪切载荷。

随着推力增加，Die、键合材料或相关连接界面最终发生破坏，系统自动记录整个测试过程中的力值变化以及最大推力。

本次设定合格力值为6000g，即6kg，4颗Die实测最大推力均高于该判定值。

步骤七：观察Die剪切后的失效状态

晶圆Die Shear测试完成后，还需要通过显微观察测试区域。

重点观察Die是否整体脱离、芯片是否发生碎裂、键合材料是否残留在晶圆表面以及具体失效发生在哪个界面。

即使两个Die获得相近的最大推力，如果最终破坏位置不同，其对应的键合状态也可能存在差异。

因此，对于晶圆芯片键合强度评价，建议将最大推力、测试位置以及Die Shear后的失效状态结合起来分析，而不是只比较一个最大力值。

以上就是科准测控小编为您介绍的4寸晶圆芯片推力测试及Die Shear芯片剪切测试方法，如果您也从事半导体行业，有关于晶圆芯片推力测试、Die Shear芯片剪切测试、芯片键合强度测试、Die推力测试方法或推拉力测试机选型以及Alpha-W260自动推拉力测试机等方面的疑问和需求，欢迎联系科准测控，获取免费技术支持。