陶瓷覆铜板剪切强度测试

技术概述

陶瓷覆铜板是在氧化铝、氮化铝、氮化硅等陶瓷基板表面，通过直接键合铜（DBC）、活性金属钎焊（AMB）、直接镀铜（DPC）等工艺复合金属铜层而形成的高性能电子基础材料。它既保留了陶瓷材料高导热、高绝缘、低介电损耗、热膨胀系数与芯片接近等优点，又具备铜层导电性能优良、易于刻蚀图形化加工的特性，是大功率电力电子器件封装中不可或缺的关键基材。

剪切强度是评价陶瓷覆铜板铜层与陶瓷基体之间界面结合质量的核心力学指标之一。在功率模块的实际服役过程中，基板需要长期承受芯片发热、焊料层收缩、温度循环冲击以及机械振动等多种应力的耦合作用，一旦铜层与陶瓷之间的界面结合失效，将直接导致器件散热恶化、电极断路甚至模块整体报废。因此，通过科学、规范的剪切强度测试来定量表征界面结合性能，对于材料研发、来料检验、键合工艺优化以及产品可靠性评估均具有重要的工程意义。

陶瓷覆铜板剪切强度测试是指在规定的试验条件下，采用专用夹具对试样施加平行于铜层与陶瓷结合面的剪切载荷，持续加载直至界面发生分离破坏，依据最大破坏载荷与有效结合面积的比值计算剪切强度的试验过程。测试过程还可结合断口形貌分析，判断失效模式发生在界面、铜层内部还是陶瓷基体内部，从而为工艺改进提供更有针对性的依据。

检测样品

陶瓷覆铜板剪切强度测试所涉及的样品范围较广，常见样品类型包括：

• 氧化铝陶瓷覆铜板（DBC工艺、AMB工艺）；
• 氮化铝陶瓷覆铜板（DBC工艺、AM工艺）；
• 氮化硅陶瓷覆铜板（AMB工艺）；
• 复合陶瓷基覆铜板及定制图形化覆铜板；
• 其他体系的陶瓷金属化基板样品。

送检样品一般应满足以下要求：试样表面清洁、无油污、无明显划伤、鼓包、起翘等外观缺陷，铜层与陶瓷界面状态应能代表产品的真实工艺水平；试样尺寸应满足夹具装夹与加载对中的需要，具体可结合实验室建议进行切割制备。为保证数据具有良好的统计意义，同一测试条件下的有效试样数量一般不少于5件，若需同时开展高温剪切、老化后剪切等扩展项目，样品数量应相应增加。必要时，样品在试验前应在标准环境条件下进行状态调节，以消除环境因素对测试结果的干扰。

检测项目

围绕陶瓷覆铜板剪切强度测试，可开展的检测项目主要包括：

• 室温剪切强度测试；
• 高温剪切强度测试（如150℃、175℃、250℃等设定温度条件）；
• 冷热循环后剪切强度测试；
• 高温存储老化后剪切强度测试；
• 湿热老化后剪切强度测试；
• 不同铜层厚度、不同陶瓷厚度产品的剪切强度对比测试；
• 剪切破坏后的断口形貌观察与失效模式判定。

除剪切强度外，实验室还可根据客户需求配套开展剥离强度、拉脱强度、热阻与热导率、绝缘耐压、表面可焊性等相关项目的检测，形成对陶瓷覆铜板综合性能的完整评价，为材料选型与工艺改进提供系统性的数据支撑。

检测方法

陶瓷覆铜板剪切强度测试的常用方法主要分为拉伸剪切法与推剪法两大类，试验时可参照GB/T 7124、ASTM D1002等剪切试验方法的基本原理，并结合产品特点与相关行业标准执行。

拉伸剪切法是将陶瓷覆铜板加工成规定尺寸的搭接式试样，通过专用剪切夹具将载荷沿平行于结合面的方向施加于铜层与陶瓷之间，试验机以恒定速率加载，直至界面发生破坏，记录整个加载过程中的最大破坏载荷，再以最大载荷除以有效结合面积，即得到剪切强度，单位通常为MPa。

推剪法是将一定面积的覆铜试样固定于基座上，利用推剪夹具对铜层施加平行于界面的剪切载荷，直至铜层从陶瓷表面剥离或试样发生破坏。该方法装夹简便，适用于小尺寸试样、芯片状试样以及图形化覆铜板的界面结合力评价。

典型试验流程包括以下环节：

• 试样外观检查与有效结合尺寸测量；
• 按标准条件进行状态调节；
• 试样与夹具的安装、对中，避免附加弯矩或扭矩；
• 设定加载速率（通常控制在1~5mm/min范围内）并匀速加载至破坏；
• 记录最大破坏载荷，观察并记录失效模式；
• 计算剪切强度，进行数据统计处理。

在结果处理方面，每组有效试样一般不少于5件，结果以平均值表示，同时报告标准差与最小值；失效模式应区分为界面失效、铜层内聚失效、陶瓷基体断裂等类型，并在检测报告中予以明确描述，帮助客户更准确地判断材料与工艺环节的薄弱点。

检测仪器

陶瓷覆铜板剪切强度测试依托高精度力学试验设备与专用工装完成，主要仪器设备包括：

• 微机控制电子万能试验机，力值示值精度高，可满足不同强度水平试样的加载需求；
• 高温环境箱及高温附件，配合试验机实现设定温度下的原位剪切加载；
• 拉伸剪切夹具、推剪夹具等专用工装，确保载荷方向与结合面平行、受力均匀；
• 数显卡尺、千分尺及影像测量仪，用于结合面积与试样尺寸的精确测量；
• 金相显微镜、体视显微镜，用于断口形貌观察与失效模式分析；
• 恒温恒湿试验箱，用于试样状态调节及老化预处理；
• 数据采集与分析系统，实现载荷-位移曲线的实时记录与结果计算。

所有力学测量设备均经过计量校准并定期核查，量值溯源可靠，夹具工装经反复验证以确保试验状态的一致性，从设备层面保障测试数据的准确性与可重复性。

应用领域

陶瓷覆铜板剪切强度测试服务的应用领域十分广泛，主要包括：

• 新能源汽车：电驱动控制器、车载充电机、IGBT及碳化硅功率模块的封装基板评价；
• 光伏与储能：逆变器功率模块、储能变流器用陶瓷覆铜板的质量验证；
• 轨道交通与风电：牵引变流器、风电变流器大功率器件的可靠性评估；
• 工业控制：变频器、伺服驱动器功率单元的封装材料检验；
• LED照明与激光：大功率LED基板、激光器热沉材料的界面结合性能评价；
• 航空航天与特种电源：高可靠电源模块封装基材的选型与验收；
• 通信与射频：5G通信、射频功放用陶瓷基板的性能测试。

服务对象涵盖陶瓷覆铜板生产企业的研发与品质部门、功率模块及封装企业的来料检验部门、高校与科研院所的课题研究团队，以及从事电子材料失效分析的相关机构，可为产品研发、工艺改进、供应链质量管控和科研项目提供可靠的试验数据支持。

常见问题

问题一：陶瓷覆铜板剪切强度测试的检测周期是多久？

陶瓷覆铜板剪切强度测试的检测周期一般为7-15个工作日。具体时长受多方面因素影响：检测项目数量越多，例如在常规室温剪切基础上增加高温剪切、老化后剪切、冷热循环后剪切等项目，所需周期会相应延长；样品数量与批次规模也会影响制样与排期进度；方法复杂程度不同，如涉及状态调节、高温预处理或断口失效分析等环节，耗时亦会增加；此外，若客户有加急需求，可提前与实验室沟通安排加急处理，缩短交付时间。建议送检前明确测试条件与项目清单，以便准确评估周期。

问题二：陶瓷覆铜板剪切强度测试的检测价格是多少？

陶瓷覆铜板剪切强度测试的费用受多种因素共同影响，无法简单给出统一报价。主要影响因素包括：检测项目的种类与数量，例如仅开展常规室温剪切，或同时组合高温剪切、老化后剪切等多个项目，费用差异较大；采用的试验方法与试验条件，如是否需要高温环境、长时间老化预处理等特殊环节；样品数量与制备难度；以及检测周期要求，加急服务通常会产生额外费用。建议直接联系我们的技术顾问，提供具体的检测需求与样品信息，即可获得针对性的报价方案。

问题三：陶瓷覆铜板剪切强度测试需要什么资质？

我们旗下拥有CMA和CNAS资质，检测能力范围覆盖陶瓷覆铜板及相关电子封装材料的多种力学性能与理化性能测试项目。实验室配备了专业的技术团队与先进的力学试验设备，能够按照相关标准方法规范开展试验，确保检测数据准确、试验过程可控、结果可追溯。检测所得数据和报告可用于产品质量评价、供应商来料管控、工艺优化以及科研项目数据支撑等多种用途。客户可根据自身用途确认所需的能力范围，我们将协助匹配合适的检测方案。

问题四：陶瓷覆铜板剪切强度测试对样品有哪些要求？

样品应表面清洁、无油污与机械损伤，铜层与陶瓷界面状态应能代表产品真实工艺水平。同一测试条件下的有效试样数量一般不少于5件，建议适当多送以备复测；如需开展高温剪切或老化后剪切等项目，样品数量应相应增加。试样尺寸需满足夹具装夹与对中要求，具体规格可在送检前与技术顾问确认，特殊规格样品可协商定制试验方案。

问题五：剪切强度测试与剥离强度测试有什么区别？

两者的加载方式与表征对象不同。剪切强度表征界面抵抗平行于结合面方向载荷的能力，加载方向与铜层-陶瓷界面平行，结果以单位面积上的力表示，单位为MPa；剥离强度则表征铜层从基材表面剥离时所需的力，加载方向与界面接近垂直，多用于薄铜层与挠性覆铜板的评价。对陶瓷覆铜板这类刚性基材而言，剪切强度更能反映功率模块服役状态下的界面承载能力，是更常用的评价指标。

问题六：陶瓷覆铜板剪切强度偏低的常见原因有哪些？

常见原因可分为工艺、材料与测试三类。工艺方面：键合温度、时间与气氛控制不当，钎料润湿不良，陶瓷表面处理不佳或存在污染残留；材料方面：铜箔表面氧化、陶瓷基体致密度不足或存在隐性缺陷；测试方面：试样制备偏差、夹具对中不良、加载速率选择不当等均可能影响结果。通过断口形貌分析区分界面失效、铜层内聚失效与陶瓷断裂等失效模式，有助于准确定位薄弱环节并指导工艺改进。

问题七：高温剪切强度测试有什么意义？

功率模块在实际工作时常处于较高温度环境，铜层与陶瓷的界面结合性能可能随温度升高而下降，仅凭室温剪切结果难以全面反映真实服役状态。通过在150℃、175℃、250℃等设定温度下开展高温剪切测试，可以评估界面在高温条件下的承载能力与衰减规律，为模块热设计、材料选型与长期可靠性评估提供关键数据依据。实验室配备高温环境附件，可实现设定温度下的原位剪切加载，满足不同工况的测试需求。