近年來，GaN（氮化镓）在快充、服務器電源、數據中心以及通信電源等領域越來越常見。大家關注GaN，往往先想到高頻、高效率和高功率密度，但一顆GaN器件真正要長期穩定工作，光看芯片性能還不夠，封裝同樣要經得住考驗。

 

比如，GaN芯片貼裝得牢不牢？鍵合線會不會脫開？倒裝芯片底部互連強度怎麽樣？經過高溫、溫度循環等可靠性試驗後，連接強度有沒有下降？這些問題都可能影響產品性能。

本文TIKTOK色情版下载測控小編就基於Alpha-W260自動推拉力測試機，從實際GaN器件封裝結構出發，帶大家看看GaN功率器件到底有哪些機械連接需要關注，以及GaN芯片推力、鍵合線拉力、倒裝互連剪切和高溫推拉力測試具體是怎麽做的。

 

一、GaN是什麽？常見GaN功率器件有哪些？

GaN全稱Gallium Nitride，即氮化镓，是一種寬禁帶半導體材料。

GaN材料具有較高的擊穿電場，並具備適合高頻、高速開關應用的材料與器件特性，因此成為功率電子領域的重要技術路線之一。

 

目前功率電子領域比較典型的是GaN HEMT（氮化镓高電子遷移率晶體管）。GaN功率器件可用於快充適配器、消費電子電源、服務器及數據中心電源、通信電源等應用。

 

二、GaN功率器件有哪些機械連接結構？

1、GaN芯片貼裝連接

對於采用獨立Die Attach結構的GaN器件，芯片需要通過相應連接材料安裝在引線框架、基板或其他封裝載體上，具體貼裝材料和工藝取決於實際產品。

如果貼裝工藝或連接界麵存在異常，可能造成結合強度下降，並表現為材料內部破壞、界麵分離或芯片脫離等失效。

2、Wire Bond鍵合連接

部分GaN器件采用Wire Bond進行內部互連，通過金線、銅線或其他鍵合結構連接芯片焊盤與封裝端子/基板。

這類結構不僅需要關注鍵合線本身的機械強度，還需要關注第一、第二鍵合區域的連接質量。

 

3、倒裝GaN底部互連

部分GaN功率器件采用Flip Chip等低寄生封裝結構，芯片通過底部互連直接與封裝載體連接。

這類結構與傳統Wire Bond GaN不同，機械可靠性測試需要更多關注芯片底部互連、焊接界麵以及整體連接強度，不能直接套用Wire Pull測試方案。

4、封裝與PCB之間的連接

GaN功率器件最終還需要安裝到PCB等載體上，根據具體封裝形式形成相應的板級焊接連接。

 

三、如何用推拉力測試驗證GaN封裝可靠性？

1、GaN芯片推力測試——Die Shear芯片剪切

對於采用Die Attach結構的GaN器件，可以通過Die Shear芯片剪切測試評價GaN芯片與貼裝層、封裝載體之間的機械結合狀態。

測試時，將GaN樣品或相應封裝半成品固定在推拉力測試機平台上，通過顯微係統找到目標芯片，並根據芯片尺寸選擇對應推刀。

推刀移動至芯片側麵，在規定測試高度沿平行於貼裝麵的方向加載，直至芯片或連接區域發生失效。

測試過程中記錄最大剪切力 + 力—位移曲線 + 測試位置 + 失效模式。

測試結束後還需要觀察芯片、貼裝材料及基板表麵的殘留狀態，進一步判斷破壞發生在材料內部還是連接界麵。

2、GaN鍵合線可靠性——Wire Pull拉力測試

對於采用Wire Bond結構的GaN功率器件，可以進行Wire Pull鍵合線拉力測試。

測試時，通過顯微係統定位目標鍵合線，將相應拉鉤移動至線弧下方，在規定位置向上加載，直至鍵合線或鍵合區域發生失效。

推拉力測試機記錄最大拉力。

 

測試完成後還需要分析具體斷裂位置，例如鍵合線本體斷裂；第一鍵合區域失效；第二鍵合區域失效；焊盤相關破壞。

3、倒裝GaN——芯片及底部互連剪切測試

對於采用Flip Chip結構的GaN器件，由於芯片不再依賴傳統頂部鍵合線完成主要互連，因此測試重點也會發生變化。

根據實際樣品結構，可以通過相應推刀對芯片或可測試的底部互連結構施加剪切載荷，評價芯片整體連接及相關界麵的機械強度。

這類測試尤其需要注意推刀尺寸、加載位置、剪切高度以及周圍封裝結構是否會發生幹涉。

由於不同GaN倒裝封裝的底部結構差異較大，實際測試方法應根據樣品結構及適用規範確定，而不能使用統一參數。

4、GaN焊點連接——推力/剪切測試

針對GaN器件與PCB或其他載體之間形成的焊接連接，可以根據具體封裝結構開展相應的焊點推力或剪切測試。

測試時，將樣品穩定固定，通過顯微觀察定位目標區域，再使用相應測試工具施加載荷，直至連接區域發生破壞。

測試完成後除了記錄最大力和力—位移曲線，還應觀察是否出現焊料內部破壞、界麵分離、焊盤剝離等失效模式。

通過機械加載可以進一步評價GaN器件板級互連的連接強度。

5、高溫及可靠性試驗前後——推拉力對比測試

GaN器件常應用於高功率密度、高頻開關場景，因此除了常溫機械強度，還可以根據產品驗證要求，在高溫存儲、溫度循環等可靠性試驗前後進行推拉力對比。

通過比較試驗前後的最大力值、力—位移曲線和失效模式，可以分析環境應力是否造成芯片貼裝或鍵合連接機械性能退化。

如果需要直接評價特定溫度狀態下的連接強度，還可根據測試要求配置相應的加熱平台及高溫測試工裝，在樣品溫度穩定後進行推拉力測試。

 

 

四、GaN推拉力測試參考哪些標準？

GaN器件機械強度測試可根據具體項目參考：

1、MIL-STD-883 Method 2019——Die Shear

主要涉及半導體芯片粘接強度測試，可用於GaN芯片貼裝機械強度評價的方法參考。

2、MIL-STD-883 Method 2011——Bond Strength

涉及鍵合連接機械強度測試，可為采用Wire Bond結構的GaN器件鍵合線拉力測試提供方法參考。

3、JEDEC JESD22-B117——Solder Ball Shear

針對適用的焊球/凸點結構，可根據具體封裝形式參考相關剪切測試要求。

 

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