dage推拉力测试机

推拉力测试用于量化评估芯片、焊点、金线/铜线键合、贴装器件与基板之间的机械结合强度，直接回答“这个连接点能承受多大剪切力或拉拔力、失效模式是界面剥离还是本体断裂”。对封装、PCBA、功率器件与微电子组装行业而言，它是判定键合工艺窗口、来料一致性与失效根因的核心手段，结论可直接支撑工艺放行、批次判定与客诉分析。

基本原理

推拉力测试以受控位移或受控加载方式，向试样施加剪切（Shear）、拉拔（Pull）、推球（Ball Shear）、线拉（Wire Pull）等方向的力，由高精度力传感器实时采集载荷-位移曲线，得到峰值载荷（Fmax，单位 gf 或 N）、断裂能量与失效位移等核心物理量。剪切测试中，推刀以恒定速度接近并剪切焊球或贴装件，界面抗剪强度 τ=Fmax/A（A 为有效承载面积）；线拉测试中，钩针从线弧下方垂直上提，记录键合颈部或线弧的断裂载荷。失效模式（界面剥离、焊球本体开裂、IMC 层脆断、线颈断裂、线弧中段断裂）与载荷曲线形态共同决定结论，因此设备需同时具备力值精度与位移分辨率，并支持显微镜下目视判读。

设备参数范围

本次使用 Dage 4000 PXY 推拉力测试机，该系列为英国 Dage（现属 Nordson 集团）经典多轴键合强度测试平台，PXY 配置支持 X/Y 轴精密定位与 Z 轴加载，广泛用于封装实验室与产线抽检。设备由高刚度机架、可更换测力传感器、精密运动轴、光学观察系统与专用测试软件组成，可按测试类型切换推刀、钩针、夹爪等附件。

· 以上为典型配置范围，具体指标以设备实际标定为准

典型应用场景

· 半导体封装：金线/铜线/银线键合点线拉强度与焊球剪切强度评价

· 功率器件：IGBT、MOSFET 芯片与 DBC/AMB 基板焊接层的推芯片剪切测试

· PCBA 与 SMT：贴片元件、BGA 焊球、QFN 引脚剪切与拉拔强度抽检

· 先进封装：Flip Chip 凸点、Cu pillar、微凸点剪切与拉拔评价

· 材料与工艺研究：焊料合金、烧结银、导电胶连接强度对比与工艺窗口筛选

· 失效分析：客诉或可靠性试验后连接点强度退化与失效模式定位

推拉力测试对样品形态与连接点完整性要求较高，样品需保证被测点未被破坏且可稳定固定。以下为常见样品类型的推荐要求。

不满足上述尺寸或完整性要求时，可协助进行开帽、研磨、切割或重新制样；对特殊结构（超细线径、极小凸点、异形封装）建议测试前与工程师确认可行性与附件选择。

步骤 1：样品制备

· 确认试样为待测连接点完好的整板、单颗封装体或已开帽样品，测试面清洁无残留助焊剂、无机械损伤

· 对需要暴露焊点或键合线的样品，按方案进行开帽、研磨或化学腐蚀，避免损伤被测连接点本体

· 记录样品批次、键合参数与预处理条件，必要时按测试方案做温循、老化等预处理后再测

步骤 2：装夹与检查

· 将样品用夹具或真空吸附固定于 X/Y 工作台，保证测试面水平、无翘曲与松动

· 按测试类型选装推刀、钩针或夹爪：推球用平头推刀，线拉用钩针，凸点拉用夹爪，安装后确认无干涉

· 在显微镜下复核推刀/钩针与被测点的相对位置，钩针应位于线弧下方且不触碰相邻线

步骤 3：上机测试

· 开机后按测试方案设定传感器量程、测试速度（典型 50~500 μm/s）、触发力与停止条件

· 先做 Z 轴高度标定与力传感器清零补偿，确认推刀接触面与焊球/芯片的剪切高度（通常为焊球直径的 1/4~1/3 处）

· 逐点执行测试，软件实时采集载荷-位移曲线并记录 Fmax 与失效模式，异常曲线即时标注

步骤 4：数据复核

· 剔除因对位偏差、钩针滑脱导致的无效数据，按测试方案判定有效点数与失效模式分类

· 统计均值、标准差与最小值，与规格限或历史批次数据比对，识别离群点

步骤 5：报告出具

· 报告包含测试条件、逐点 Fmax、失效模式分布、典型曲线图与结论判读

· 常规 3~5 个工作日出具，含制样与数据复核时间

Q1:Dage 4000 PXY 能测哪些力值范围？

A1:通过更换不同量程传感器，可覆盖约 0.5 gf 到 50 kgf 的区间，常规封装键合测试多使用 0.5~5000 gf 量程。具体选用哪一档由被测点预期强度决定，原则是使 Fmax 落在传感器满量程的 10%~90% 区间以保证精度。

Q2:测试结果怎么读，Fmax 和失效模式哪个更重要？

A2:两者都关键。Fmax 反映连接强度量级，用于与规格限或历史批次比对；失效模式决定结论性质——界面剥离或 IMC 脆断通常指向工艺或材料问题，线颈断裂则多与键合参数相关。报告会同时给出逐点 Fmax、均值、标准差与失效模式分布。

Q3:测试周期多久？

A3:常规 3~5 个工作日，含制样与数据复核。若样品需开帽、研磨或做预处理，时间相应顺延，具体以测试方案确认后为准。

Q4:最少需要多少样品量？

A4:建议每种条件至少提供 5 个有效测试点，线拉类建议 ≥10 根线，以保证统计代表性。样品量不足时数据离散度参考价值有限，可在报告中注明。

Q5:推球、线拉、推芯片怎么选？

A5:按被测连接形式选：焊球与基板之间选推球剪切；键合线与焊盘之间选线拉；芯片与基板/框架之间选推芯片剪切；凸点选凸点拉或剪切。同一批次可组合测试以全面评价连接可靠性。

Q6:哪些样品不能测或需特别注意？

A6:已失效、连接点已开裂或严重氧化的样品无法给出有效强度；超细线径（如 <15 μm）与极小凸点需确认钩针/夹爪适配；带磁或怕磁样品需提前说明，避免影响定位与传感器。测试属破坏性试验，样品无法返还。

Q7:报告形式和数据能否导出？

A7:报告提供 PDF 版本，含测试条件、逐点数据、失效模式分类与典型载荷-位移曲线图；原始曲线数据可按要求导出 CSV 供客户自行统计分析。

案例 1：功率模块 IGBT 芯片烧结层推芯片剪切评价

【背景】某功率器件厂在 IGBT 模块试产阶段出现温循后芯片烧结层分层，需量化烧结银连接层强度并对比两种烧结工艺。

【测试条件】仪器：Dage 4000 PXY 推拉力测试机，推芯片剪切模式。

【测试条件】样品：开帽后暴露芯片的模块，芯片尺寸约 5 mm × 5 mm，每种工艺 5 颗。

【测试条件】关键参数：推刀速度 200 μm/s，剪切高度贴近基板界面，传感器量程 50 kgf 档。

【分析结果】工艺 A 平均剪切力约 320 N，失效以烧结层内聚断裂为主；工艺 B 平均约 180 N，多数为芯片背面与烧结层界面剥离。结合曲线形态判断工艺 B 存在界面润湿不良。

【价值】客户据此锁定工艺 B 的烧结温度曲线问题，调整后复测强度提升至 300 N 以上，避免了批量分层风险。

案例 2：金线键合线拉强度批次一致性抽检

【背景】某封装厂对某批次 QFN 产品做来料与出货抽检，需确认键合线拉强度是否满足内控规格并排查个别低值点。

【测试条件】仪器：Dage 4000 PXY，线拉模式，配 0.5~100 gf 传感器与标准钩针。

【测试条件】样品：QFN 封装，金线直径 25 μm，每批抽 10 根线。

【测试条件】关键参数：钩针位于线弧最高点下方，测试速度 300 μm/s，记录 Fmax 与断裂位置。

【分析结果】批次均值约 8.5 gf，标准差 0.6 gf，多数为线颈断裂；其中 1 根仅 4.2 gf 且断在焊盘界面，显微镜复查发现该点焊盘存在污染。

【价值】客户据此加强焊盘清洗工序，后续批次均值稳定在 8~9 gf，界面断裂比例显著下降，抽检数据成为工艺放行依据。