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。
