在現(xiàn)代電子制造領(lǐng)域，球柵陣列（BGA）封裝技術(shù)因其高密度、高性能和良好的散熱特性，被廣泛應(yīng)用于各種高端電子產(chǎn)品中。BGA封裝器件的可靠性直接關(guān)系到整個電子系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，而焊點作為連接芯片與基板的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其抗剪強(qiáng)度是衡量焊點可靠性的重要指標(biāo)之一。焊點抗剪強(qiáng)度的高低不僅影響著器件在組裝過程中的質(zhì)量，更決定了其在實際使用中能否承受各種機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力的考驗。

本文科準(zhǔn)測控小編旨在系統(tǒng)地研究BGA封裝器件焊點抗剪強(qiáng)度測試的各個方面，包括測試設(shè)備的選擇與校準(zhǔn)、測試程序的優(yōu)化、數(shù)據(jù)處理與分析方法，以及失效判據(jù)的建立與應(yīng)用。

一、試驗?zāi)康?/p>

通過破壞性剪切測試評估BGA封裝器件焊點的抗切能力，確保焊點在實際使用中的可靠性和穩(wěn)定性。

二、檢測標(biāo)準(zhǔn)

如JEDEC標(biāo)準(zhǔn)JESD22-B117A和日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS Z 3198-5等

三、試驗方法

1、檢測設(shè)備

a、設(shè)備要求：應(yīng)使用校準(zhǔn)的負(fù)載單元或傳感器。設(shè)備的最大負(fù)載能力應(yīng)不小于凸點最大剪切力的1.1倍。剪切工具的受力面寬度應(yīng)達(dá)到凸點直徑的1.1倍以上。設(shè)備應(yīng)能提供并記錄施加于凸點的剪切力，并能對負(fù)載提供規(guī)定的移動速率。

b、推薦設(shè)備

Beta S100 推拉力測試機(jī)

C、設(shè)備特點

2、試驗流程

步驟1、測試準(zhǔn)備

設(shè)備校準(zhǔn)：確保推拉力測試機(jī)已校準(zhǔn)，負(fù)載單元或傳感器的最大負(fù)載能力不小于凸點最大剪切力的1.1倍。

剪切工具準(zhǔn)備：選擇合適的剪切工具，受力面寬度應(yīng)達(dá)到凸點直徑的1.1倍以上，確保推拉力測試機(jī)能提供并記錄施加于凸點的剪切力，并能對負(fù)載提供規(guī)定的移動速率。

步驟2、安裝剪切工具和試驗樣品

安裝剪切工具：將剪切工具安裝在推拉力測試機(jī)上，確保剪切工具的受力面與芯片表面平行。

安放芯片：小心地將BGA封裝器件安放在測試平臺上，確保凸點不會受到損傷，且芯片不會變形。

調(diào)整位置：調(diào)整剪切工具的位置，使其能夠準(zhǔn)確地對準(zhǔn)受試凸點，確保剪切方向平行于芯片表面。

步驟3、檢查凸點

使用金相顯微鏡：在試驗前，使用金相顯微鏡對凸點進(jìn)行檢查，確保凸點的形狀完好，無助焊劑殘留或其他污染物。

記錄初始狀態(tài)：記錄凸點的初始狀態(tài)，包括形狀、尺寸和表面狀況，以便與測試后的狀態(tài)進(jìn)行對比。

步驟4、移除鄰近凸點

評估設(shè)備限制：如果受推拉力測試機(jī)的限制，受試凸點鄰近的凸點（和在剪切工具行進(jìn)路徑上）可能需要先從樣品上移去。

移除凸點：小心地移除鄰近的凸點，確保不會對受試凸點造成損傷。

步驟5、設(shè)置剪切參數(shù)

剪切高度：設(shè)置剪切高度不低于凸點高度的10%。

剪切速度：設(shè)置剪切速度為0.1 mm/s到0.8 mm/s，確保剪切過程中保持恒定速率，直到剪切力下降到最大值的25%以下，或直到剪切工具的移動距離超過凸點直徑。

步驟6、進(jìn)行剪切測試

啟動設(shè)備：啟動推拉力測試機(jī)，開始對凸點進(jìn)行剪切。

記錄數(shù)據(jù)：在剪切過程中，記錄凸點剪切力的最大值、最小值、平均值以及標(biāo)準(zhǔn)偏差。

觀察失效模式：觀察剪切過程中的失效模式，記錄失效界面（焊料/焊盤、焊盤/pcb基板、元器件端子/焊料）。

步驟7、數(shù)據(jù)分析

計算最小剪切力：根據(jù)公式“最小凸點剪切力值=焊盤面積×凸點焊料抗剪切強(qiáng)度”計算最小剪切力。

建立失效判據(jù)：完成足夠的數(shù)據(jù)測量后，建立有代表性的基于平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的失效判據(jù)。

評估失效模式：根據(jù)記錄的失效模式，判斷凸點的失效是否為合格失效模式（模式1和2）或不合格失效模式（模式3和4）。

步驟8、測試報告

整理數(shù)據(jù)：整理測試數(shù)據(jù)，包括凸點剪切力的最大值、最小值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差以及失效模式。

編寫報告：編寫測試報告，詳細(xì)記錄測試過程、測試結(jié)果和分析結(jié)論。

提交報告：將測試報告提交給相關(guān)部門或客戶，以便進(jìn)一步分析和決策。

四、實際應(yīng)用中的注意事項

剪切高度：單板結(jié)構(gòu)焊點剪切高度為20 μm，板級結(jié)構(gòu)焊點剪切高度為2.45 mm。

剪切速率：一般為0.5 mm/s。

回流溫度影響：回流溫度對焊點的抗剪強(qiáng)度有顯著影響。在單板結(jié)構(gòu)中，高銀焊點的抗剪強(qiáng)度最高且一直增加，低銀焊點呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。在板級結(jié)構(gòu)中，焊點的抗剪強(qiáng)度均隨回流溫度的升高呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，其中添加稀土元素的低銀焊點的抗剪強(qiáng)度最高。

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審核編輯 黃宇