电子说
在现代电子制造领域,球栅阵列(BGA)封装技术因其高密度、高性能和良好的散热特性,被广泛应用于各种高端电子产品中。BGA封装器件的可靠性直接关系到整个电子系统的稳定运行,而焊点作为连接芯片与基板的关键结构,其抗剪强度是衡量焊点可靠性的重要指标之一。焊点抗剪强度的高低不仅影响着器件在组装过程中的质量,更决定了其在实际使用中能否承受各种机械应力和热应力的考验。
本文科准测控小编旨在系统地研究BGA封装器件焊点抗剪强度测试的各个方面,包括测试设备的选择与校准、测试程序的优化、数据处理与分析方法,以及失效判据的建立与应用。
一、试验目的
通过破坏性剪切测试评估BGA封装器件焊点的抗切能力,确保焊点在实际使用中的可靠性和稳定性。
二、检测标准
如JEDEC标准JESD22-B117A和日本工业标准JIS Z 3198-5等
三、试验方法
1、检测设备
a、设备要求:应使用校准的负载单元或传感器。设备的最大负载能力应不小于凸点最大剪切力的1.1倍。剪切工具的受力面宽度应达到凸点直径的1.1倍以上。设备应能提供并记录施加于凸点的剪切力,并能对负载提供规定的移动速率。
b、推荐设备
Beta S100 推拉力测试机
C、设备特点
2、试验流程
步骤1、测试准备
设备校准:确保推拉力测试机已校准,负载单元或传感器的最大负载能力不小于凸点最大剪切力的1.1倍。
剪切工具准备:选择合适的剪切工具,受力面宽度应达到凸点直径的1.1倍以上,确保推拉力测试机能提供并记录施加于凸点的剪切力,并能对负载提供规定的移动速率。
步骤2、安装剪切工具和试验样品
安装剪切工具:将剪切工具安装在推拉力测试机上,确保剪切工具的受力面与芯片表面平行。
安放芯片:小心地将BGA封装器件安放在测试平台上,确保凸点不会受到损伤,且芯片不会变形。
调整位置:调整剪切工具的位置,使其能够准确地对准受试凸点,确保剪切方向平行于芯片表面。
步骤3、检查凸点
使用金相显微镜:在试验前,使用金相显微镜对凸点进行检查,确保凸点的形状完好,无助焊剂残留或其他污染物。
记录初始状态:记录凸点的初始状态,包括形状、尺寸和表面状况,以便与测试后的状态进行对比。
步骤4、移除邻近凸点
评估设备限制:如果受推拉力测试机的限制,受试凸点邻近的凸点(和在剪切工具行进路径上)可能需要先从样品上移去。
移除凸点:小心地移除邻近的凸点,确保不会对受试凸点造成损伤。
步骤5、设置剪切参数
剪切高度:设置剪切高度不低于凸点高度的10%。
剪切速度:设置剪切速度为0.1 mm/s到0.8 mm/s,确保剪切过程中保持恒定速率,直到剪切力下降到最大值的25%以下,或直到剪切工具的移动距离超过凸点直径。
步骤6、进行剪切测试
启动设备:启动推拉力测试机,开始对凸点进行剪切。
记录数据:在剪切过程中,记录凸点剪切力的最大值、最小值、平均值以及标准偏差。
观察失效模式:观察剪切过程中的失效模式,记录失效界面(焊料/焊盘、焊盘/pcb基板、元器件端子/焊料)。
步骤7、数据分析
计算最小剪切力:根据公式“最小凸点剪切力值=焊盘面积×凸点焊料抗剪切强度”计算最小剪切力。
建立失效判据:完成足够的数据测量后,建立有代表性的基于平均值和标准偏差的失效判据。
评估失效模式:根据记录的失效模式,判断凸点的失效是否为合格失效模式(模式1和2)或不合格失效模式(模式3和4)。
步骤8、测试报告
整理数据:整理测试数据,包括凸点剪切力的最大值、最小值、平均值、标准偏差以及失效模式。
编写报告:编写测试报告,详细记录测试过程、测试结果和分析结论。
提交报告:将测试报告提交给相关部门或客户,以便进一步分析和决策。
四、实际应用中的注意事项
剪切高度:单板结构焊点剪切高度为20 μm,板级结构焊点剪切高度为2.45 mm。
剪切速率:一般为0.5 mm/s。
回流温度影响:回流温度对焊点的抗剪强度有显著影响。在单板结构中,高银焊点的抗剪强度最高且一直增加,低银焊点呈现出先增加后降低的趋势。在板级结构中,焊点的抗剪强度均随回流温度的升高呈现出先增加后降低的趋势,其中添加稀土元素的低银焊点的抗剪强度最高。
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审核编辑 黄宇
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