BGA封装器件焊点抗剪强度测试全解析，应用推拉力机

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