新解讀《GB/T4937.19-2018半導(dǎo)體器件機(jī)械和氣候試驗(yàn)方法第19部分：芯片剪切強(qiáng)度》目錄一、為何芯片剪切強(qiáng)度測(cè)試成為半導(dǎo)體可靠性核心？專(zhuān)家視角剖析GB/T4937.19-2018標(biāo)準(zhǔn)制定背景與行業(yè)迫切需求二、GB/T4937.19-2018如何界定芯片剪切強(qiáng)度測(cè)試范圍？覆蓋哪些半導(dǎo)體器件類(lèi)型與應(yīng)用場(chǎng)景三、芯片剪切強(qiáng)度測(cè)試的關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)與定義有哪些？GB/T4937.19-2018標(biāo)準(zhǔn)中的核心概念深度解析四、測(cè)試設(shè)備與工裝需滿(mǎn)足哪些嚴(yán)苛要求？GB/T4937.19-2018對(duì)設(shè)備精度、校準(zhǔn)的規(guī)定及未來(lái)設(shè)備升級(jí)趨勢(shì)五、樣品制備環(huán)節(jié)暗藏哪些關(guān)鍵要點(diǎn)？GB/T4937.19-2018標(biāo)準(zhǔn)下樣品選取、處理與保存的專(zhuān)業(yè)指南六、芯片剪切強(qiáng)度測(cè)試的具體操作流程是怎樣的？從加載方式到數(shù)據(jù)記錄，標(biāo)準(zhǔn)中的每一步都有何深意七、測(cè)試結(jié)果如何判定與分析？GB/T4937.19-2018規(guī)定的合格標(biāo)準(zhǔn)、失效模式識(shí)別及常見(jiàn)問(wèn)題處理八、該標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)存在哪些差異與銜接？助力企業(yè)應(yīng)對(duì)國(guó)際貿(mào)易中的技術(shù)壁壘九、未來(lái)3-5年半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展中，GB/T4937.19-2018標(biāo)準(zhǔn)將如何適配新技術(shù)？如先進(jìn)封裝、異質(zhì)集成等場(chǎng)景十、企業(yè)如何有效運(yùn)用GB/T4937.19-2018提升產(chǎn)品質(zhì)量？實(shí)操案例與專(zhuān)家給出的實(shí)施建議一、為何芯片剪切強(qiáng)度測(cè)試成為半導(dǎo)體可靠性核心？專(zhuān)家視角剖析GB/T4937.19-2018標(biāo)準(zhǔn)制定背景與行業(yè)迫切需求（一）半導(dǎo)體器件可靠性面臨哪些挑戰(zhàn)，為何芯片剪切強(qiáng)度是關(guān)鍵指標(biāo)？隨著半導(dǎo)體器件向微型化、高集成度發(fā)展，芯片與基板間的連接愈發(fā)脆弱。在封裝、運(yùn)輸及使用過(guò)程中，若剪切強(qiáng)度不足，易出現(xiàn)脫開(kāi)、失效等問(wèn)題，直接影響器件性能與壽命。芯片剪切強(qiáng)度能直觀反映芯片附著的牢固程度，是評(píng)估半導(dǎo)體器件機(jī)械可靠性的核心指標(biāo)，可提前發(fā)現(xiàn)潛在故障風(fēng)險(xiǎn)，保障器件在復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。（二）GB/T4937.19-2018制定前，行業(yè)存在哪些測(cè)試亂象與標(biāo)準(zhǔn)空白？此前，行業(yè)內(nèi)芯片剪切強(qiáng)度測(cè)試無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同企業(yè)測(cè)試方法、設(shè)備參數(shù)、判定依據(jù)差異大。部分企業(yè)簡(jiǎn)化測(cè)試流程，導(dǎo)致測(cè)試數(shù)據(jù)缺乏可比性；有的因無(wú)明確設(shè)備要求，測(cè)試精度不足，無(wú)法真實(shí)反映芯片強(qiáng)度。這些亂象使得產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，增加了下游企業(yè)使用風(fēng)險(xiǎn)，也阻礙了行業(yè)規(guī)范化發(fā)展，亟需統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)填補(bǔ)空白。（三）從專(zhuān)家視角看，GB/T4937.19-2018的制定對(duì)行業(yè)發(fā)展有何重大意義？專(zhuān)家指出，該標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一了測(cè)試方法與技術(shù)要求，為企業(yè)提供了明確的技術(shù)依據(jù)，推動(dòng)行業(yè)測(cè)試規(guī)范化。它能提升測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可比性，助力企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品可靠性。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際接軌，有助于我國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，打破技術(shù)壁壘，對(duì)推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有里程碑式的意義。（四）當(dāng)前半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展對(duì)芯片剪切強(qiáng)度測(cè)試提出了哪些新的迫切需求？當(dāng)下半導(dǎo)體器件廣泛應(yīng)用于5G、新能源汽車(chē)等領(lǐng)域，面臨高溫、振動(dòng)等嚴(yán)苛工況，對(duì)芯片剪切強(qiáng)度要求更高。同時(shí)，先進(jìn)封裝技術(shù)不斷涌現(xiàn)，芯片結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，傳統(tǒng)測(cè)試方法已不適用，行業(yè)迫切需要標(biāo)準(zhǔn)更新，以適配新技術(shù)、新場(chǎng)景，滿(mǎn)足更高的可靠性測(cè)試需求。二、GB/T4937.19-2018如何界定芯片剪切強(qiáng)度測(cè)試范圍？覆蓋哪些半導(dǎo)體器件類(lèi)型與應(yīng)用場(chǎng)景（一）標(biāo)準(zhǔn)明確的測(cè)試對(duì)象包含哪些半導(dǎo)體器件種類(lèi)？GB/T4937.19-2018明確測(cè)試對(duì)象涵蓋二極管、三極管、集成電路等各類(lèi)半導(dǎo)體器件，無(wú)論是離散器件還是集成器件，只要涉及芯片與基板或引線(xiàn)框架的附著結(jié)構(gòu)，均屬于該標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試范疇，全面覆蓋半導(dǎo)體器件主流類(lèi)型。（二）對(duì)于不同封裝形式的半導(dǎo)體器件，標(biāo)準(zhǔn)是否都適用？標(biāo)準(zhǔn)適用于多種封裝形式，如TO封裝、SOP封裝、QFP封裝、BGA封裝等。無(wú)論是傳統(tǒng)的金屬外殼封裝，還是新型的塑料封裝、陶瓷封裝，只要芯片通過(guò)黏合劑、焊料等方式附著，需要評(píng)估剪切強(qiáng)度，都可依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，適配不同封裝技術(shù)的需求。（三）在半導(dǎo)體器件的哪些生產(chǎn)階段，可依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行芯片剪切強(qiáng)度測(cè)試？標(biāo)準(zhǔn)適用于半導(dǎo)體器件生產(chǎn)的多個(gè)關(guān)鍵階段，包括封裝前的芯片附著檢測(cè)、封裝過(guò)程中的質(zhì)量監(jiān)控，以及成品出廠前的可靠性驗(yàn)證。通過(guò)在不同階段測(cè)試，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的問(wèn)題，如黏合劑涂抹不均、焊接質(zhì)量不佳等，確保產(chǎn)品全生命周期質(zhì)量可控。（四）該標(biāo)準(zhǔn)在半導(dǎo)體器件的哪些應(yīng)用領(lǐng)域具有指導(dǎo)作用？在消費(fèi)電子、工業(yè)控制、汽車(chē)電子、航空航天等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，該標(biāo)準(zhǔn)均發(fā)揮重要指導(dǎo)作用。例如，汽車(chē)電子中半導(dǎo)體器件需承受惡劣工況，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試可保障其在行車(chē)過(guò)程中不失效；航空航天領(lǐng)域?qū)ζ骷煽啃砸髽O高，標(biāo)準(zhǔn)為該領(lǐng)域器件的剪切強(qiáng)度測(cè)試提供了權(quán)威依據(jù)。三、芯片剪切強(qiáng)度測(cè)試的關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)與定義有哪些？GB/T4937.19-2018標(biāo)準(zhǔn)中的核心概念深度解析（一）“芯片剪切強(qiáng)度”在標(biāo)準(zhǔn)中的準(zhǔn)確定義是什么，包含哪些關(guān)鍵內(nèi)涵？標(biāo)準(zhǔn)中“芯片剪切強(qiáng)度”指在規(guī)定條件下，對(duì)芯片施加平行于芯片附著面的力，使芯片發(fā)生剪切失效時(shí)所需的最大力。其關(guān)鍵內(nèi)涵包括：測(cè)試力的方向需平行于附著面、測(cè)試結(jié)果為失效時(shí)的最大力值，且需在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的環(huán)境、設(shè)備條件下測(cè)試，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與一致性。（二）“剪切失效”有哪些具體表現(xiàn)形式，標(biāo)準(zhǔn)如何對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)界定？“剪切失效”在標(biāo)準(zhǔn)中分為多種形式，如黏合劑層失效（芯片與黏合劑或黏合劑與基板分離）、焊料層失效（焊料開(kāi)裂或脫開(kāi)）、芯片本身斷裂，以及基板或引線(xiàn)框架損壞等。標(biāo)準(zhǔn)明確了各類(lèi)失效形式的特征，幫助測(cè)試人員準(zhǔn)確判斷失效類(lèi)型，為后續(xù)分析問(wèn)題根源提供依據(jù)。（三）“測(cè)試速率”作為重要參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)中是如何定義并規(guī)定其取值范圍的？“測(cè)試速率”指測(cè)試過(guò)程中施力部件的移動(dòng)速度或力的加載速率。標(biāo)準(zhǔn)定義其為單位時(shí)間內(nèi)力的增加量或位移的變化量，并規(guī)定不同類(lèi)型半導(dǎo)體器件的測(cè)試速率范圍，通常在0.1mm/s-5mm/s之間。合理的測(cè)試速率可避免因加載過(guò)快或過(guò)慢導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果偏差，確保測(cè)試的科學(xué)性。（四）“參考面”在測(cè)試中起到什么作用，標(biāo)準(zhǔn)如何界定參考面的選取原則？“參考面”是測(cè)試中用于定位和測(cè)量的基準(zhǔn)面，關(guān)系到力的施加方向與測(cè)試精度。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定參考面需與芯片附著面平行，且應(yīng)選取器件上穩(wěn)定、平整的表面，如基板的底面或引線(xiàn)框架的特定平面。選取時(shí)需確保參考面不受器件結(jié)構(gòu)變形影響，為測(cè)試提供準(zhǔn)確的基準(zhǔn)，保障測(cè)試結(jié)果可靠。四、測(cè)試設(shè)備與工裝需滿(mǎn)足哪些嚴(yán)苛要求？GB/T4937.19-2018對(duì)設(shè)備精度、校準(zhǔn)的規(guī)定及未來(lái)設(shè)備升級(jí)趨勢(shì)（一）測(cè)試設(shè)備的力值測(cè)量系統(tǒng)需達(dá)到怎樣的精度等級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)有何具體要求？標(biāo)準(zhǔn)要求測(cè)試設(shè)備力值測(cè)量系統(tǒng)的精度等級(jí)不低于0.5級(jí)，即測(cè)量誤差不超過(guò)滿(mǎn)量程的±0.5%。同時(shí)，在測(cè)試常用的力值范圍內(nèi)，系統(tǒng)的示值誤差需控制在更小范圍，確保在不同力值測(cè)試中，數(shù)據(jù)都能準(zhǔn)確反映芯片的實(shí)際剪切強(qiáng)度，避免因設(shè)備精度不足導(dǎo)致誤判。（二）設(shè)備的位移控制系統(tǒng)有哪些技術(shù)指標(biāo)，如何保障測(cè)試過(guò)程穩(wěn)定可控？位移控制系統(tǒng)需滿(mǎn)足位移分辨率不低于0.001mm，且在測(cè)試速率范圍內(nèi)，位移速度的波動(dòng)不超過(guò)設(shè)定值的±5%。此外，系統(tǒng)需具備良好的響應(yīng)性，在力值變化時(shí)能及時(shí)調(diào)整位移，防止因位移控制不穩(wěn)定導(dǎo)致力的驟增驟減，確保測(cè)試過(guò)程符合標(biāo)準(zhǔn)要求，保障測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性。（三）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)試工裝的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有哪些特殊規(guī)定？測(cè)試工裝材質(zhì)需具備高強(qiáng)度、高剛性，通常選用不銹鋼、硬質(zhì)合金等材料，避免工裝在測(cè)試過(guò)程中變形影響測(cè)試結(jié)果。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，工裝需能穩(wěn)定固定樣品，確保樣品在測(cè)試中不發(fā)生偏移、轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)，施力部件的接觸面積、形狀需與芯片適配，避免局部應(yīng)力過(guò)大損壞芯片，且便于力的均勻施加。（四）從行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)看，未來(lái)芯片剪切強(qiáng)度測(cè)試設(shè)備將向哪些方向升級(jí)？未來(lái)設(shè)備將向智能化、自動(dòng)化方向升級(jí)，如集成AI視覺(jué)識(shí)別功能，自動(dòng)定位芯片位置與參考面，減少人工操作誤差；增加自動(dòng)化上下料系統(tǒng)，提高測(cè)試效率。同時(shí)，設(shè)備將更注重多參數(shù)同步測(cè)試，可同時(shí)測(cè)量剪切力、位移、溫度等參數(shù)，滿(mǎn)足復(fù)雜場(chǎng)景測(cè)試需求；此外，設(shè)備體積可能向小型化發(fā)展，適配實(shí)驗(yàn)室與生產(chǎn)線(xiàn)的不同空間需求。五、樣品制備環(huán)節(jié)暗藏哪些關(guān)鍵要點(diǎn)？GB/T4937.19-2018標(biāo)準(zhǔn)下樣品選取、處理與保存的專(zhuān)業(yè)指南（一）樣品選取需遵循哪些原則，如何確保樣品具有代表性？樣品選取需遵循隨機(jī)抽樣原則，從同一批次、同一生產(chǎn)條件下的半導(dǎo)體器件中抽取，抽樣數(shù)量需根據(jù)批量大小按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定確定，通常不少于5個(gè)。同時(shí)，所選樣品需無(wú)外觀缺陷，如芯片破損、封裝開(kāi)裂等，確保樣品能代表該批次產(chǎn)品的整體質(zhì)量水平，避免因樣品特殊導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果失真。（二）樣品在測(cè)試前需進(jìn)行哪些預(yù)處理，不同類(lèi)型樣品處理方式有何差異？樣品預(yù)處理包括清潔、干燥等步驟。對(duì)于有污染物的樣品，需用酒精、丙酮等試劑輕柔擦拭，去除表面油污、灰塵，避免影響測(cè)試力的傳遞；潮濕環(huán)境下存放的樣品，需在50℃-60℃烘箱中干燥1-2小時(shí)，排除水分對(duì)黏合劑或焊料性能的影響。對(duì)于BGA等特殊封裝樣品，還需檢查焊球完整性，確保預(yù)處理不損壞樣品結(jié)構(gòu)。（三）樣品的保存條件有哪些要求，保存時(shí)間對(duì)測(cè)試結(jié)果是否有影響？樣品需存放在溫度23℃±5℃、相對(duì)濕度45%-75%的潔凈環(huán)境中，避免陽(yáng)光直射、振動(dòng)及化學(xué)物質(zhì)腐蝕。保存時(shí)間通常不超過(guò)3個(gè)月，長(zhǎng)時(shí)間保存可能導(dǎo)致黏合劑老化、焊料性能變化，使剪切強(qiáng)度下降，影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。若需長(zhǎng)期保存，需采取真空包裝等特殊措施，并在測(cè)試前重新評(píng)估樣品狀態(tài)。（四）樣品固定在工裝上時(shí)，有哪些細(xì)節(jié)需注意以避免影響測(cè)試結(jié)果？固定樣品時(shí)，需確保樣品與工裝參考面緊密貼合，無(wú)間隙、傾斜。使用夾具固定時(shí)，夾緊力需適中，避免過(guò)大導(dǎo)致樣品變形或損壞，過(guò)小則樣品在測(cè)試中移位。同時(shí)，需確保施力部件與芯片的接觸位置準(zhǔn)確，應(yīng)作用在芯片的中心或規(guī)定區(qū)域，避免因接觸位置偏差導(dǎo)致測(cè)試力分布不均，影響剪切強(qiáng)度測(cè)量值。六、芯片剪切強(qiáng)度測(cè)試的具體操作流程是怎樣的？從加載方式到數(shù)據(jù)記錄，標(biāo)準(zhǔn)中的每一步都有何深意（一）測(cè)試前的設(shè)備檢查與調(diào)試包含哪些步驟，為何這些步驟不可或缺？測(cè)試前需檢查設(shè)備電源、氣源是否正常，力值測(cè)量系統(tǒng)歸零是否準(zhǔn)確，位移控制系統(tǒng)運(yùn)行是否順暢。隨后進(jìn)行調(diào)試，將標(biāo)準(zhǔn)砝碼加載到設(shè)備上，驗(yàn)證力值測(cè)量精度；調(diào)整位移速度，確保符合測(cè)試要求。這些步驟能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障或參數(shù)偏差，若省略可能導(dǎo)致測(cè)試無(wú)法正常進(jìn)行，或測(cè)試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，影響結(jié)果判定。（二）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的加載方式有哪幾種，不同加載方式適用于哪些場(chǎng)景？標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的加載方式主要有位移控制加載和力控制加載。位移控制加載是控制施力部件以恒定速度移動(dòng)，適用于大多數(shù)半導(dǎo)體器件，能穩(wěn)定獲取剪切失效過(guò)程中的力-位移曲線(xiàn)；力控制加載是控制力以恒定速率增加，適用于對(duì)力變化敏感、易發(fā)生突發(fā)失效的器件，可快速確定失效力值。選擇合適加載方式可確保測(cè)試貼合器件特性。（三）測(cè)試過(guò)程中如何監(jiān)控關(guān)鍵參數(shù)，出現(xiàn)異常情況該如何處理？測(cè)試中需實(shí)時(shí)監(jiān)控力值、位移、測(cè)試速率等關(guān)鍵參數(shù)，通過(guò)設(shè)備顯示屏觀察參數(shù)變化是否符合預(yù)期。若出現(xiàn)力值驟增驟減、位移異常波動(dòng)等情況，應(yīng)立即停止測(cè)試，檢查樣品是否移位、工裝是否松動(dòng)、設(shè)備是否故障。排除故障后，需重新選取樣品進(jìn)行測(cè)試，不可繼續(xù)使用異常數(shù)據(jù)，確保測(cè)試結(jié)果的有效性。（四）測(cè)試完成后的數(shù)據(jù)記錄有哪些具體要求，需包含哪些關(guān)鍵信息？數(shù)據(jù)記錄需全面、準(zhǔn)確，包含樣品信息（型號(hào)、批次、數(shù)量）、設(shè)備信息（型號(hào)、校準(zhǔn)日期）、測(cè)試條件（加載方式、測(cè)試速率、環(huán)境溫度濕度）、測(cè)試結(jié)果（每個(gè)樣品的剪切強(qiáng)度值、失效形式），以及力-位移曲線(xiàn)等圖形數(shù)據(jù)。記錄需采用書(shū)面或電子形式存檔，保存期限不少于產(chǎn)品的保質(zhì)期，便于后續(xù)質(zhì)量追溯、問(wèn)題分析與工藝改進(jìn)。七、測(cè)試結(jié)果如何判定與分析？GB/T4937.19-2018規(guī)定的合格標(biāo)準(zhǔn)、失效模式識(shí)別及常見(jiàn)問(wèn)題處理（一）標(biāo)準(zhǔn)中針對(duì)不同類(lèi)型半導(dǎo)體器件，制定了怎樣的剪切強(qiáng)度合格標(biāo)準(zhǔn)？標(biāo)準(zhǔn)未制定統(tǒng)一的剪切強(qiáng)度合格數(shù)值，而是要求企業(yè)根據(jù)器件的應(yīng)用場(chǎng)景、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料特性等，制定符合自身產(chǎn)品需求的合格標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定同一批次樣品的剪切強(qiáng)度平均值需不低于設(shè)定的下限值，且單個(gè)樣品的強(qiáng)度值不得低于下限值的80%，確保產(chǎn)品整體可靠性，避免因個(gè)別樣品強(qiáng)度過(guò)低影響使用。（二）如何準(zhǔn)確識(shí)別測(cè)試中的失效模式，不同失效模式反映出哪些問(wèn)題？識(shí)別失效模式需在測(cè)試后觀察樣品的破壞情況，結(jié)合力-位移曲線(xiàn)特征。若芯片與黏合劑分離，可能是黏合劑選型不當(dāng)或涂覆工藝不佳；焊料層失效可能是焊接溫度、時(shí)間不合適，或焊料質(zhì)量問(wèn)題；芯片斷裂可能是芯片本身強(qiáng)度不足或測(cè)試中應(yīng)力集中；基板損壞可能是基板材質(zhì)缺陷。準(zhǔn)確識(shí)別失效模式，能為生產(chǎn)工藝優(yōu)化提供明確方向。（三）測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)不合格情況時(shí)，應(yīng)采取哪些措施進(jìn)行原因排查？首先重新檢查測(cè)試過(guò)程，確認(rèn)設(shè)備是否校準(zhǔn)、樣品制備是否規(guī)范、操作是否符合標(biāo)準(zhǔn)，排除測(cè)試環(huán)節(jié)的問(wèn)題。若測(cè)試環(huán)節(jié)無(wú)異常，需追溯生產(chǎn)過(guò)程，檢查芯片附著工序的材料（黏合劑、焊料）質(zhì)量、工藝參數(shù)（溫度、壓力、時(shí)間）是否符合要求，以及生產(chǎn)環(huán)境是否達(dá)標(biāo)。必要時(shí)可進(jìn)行小批量試驗(yàn)，驗(yàn)證不同工藝參數(shù)對(duì)剪切強(qiáng)度的影響，定位根本原因。（四）對(duì)于測(cè)試數(shù)據(jù)的離散性較大的情況，有哪些分析方法與改進(jìn)建議？可采用統(tǒng)計(jì)分析方法，如計(jì)算數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差、變異