BGA连接器植球工艺全流程分析：推拉力测试机的理论验证与实践应用

随着电子设备向轻、薄、短、小方向发展，球栅阵列（BGA）封装因其高密度、高可靠性等优势，在航空航天、数字通信等领域得到广泛应用。然而，BGA连接器的植球工艺质量直接影响其焊接可靠性和长期稳定性，因此，对焊球的力学性能（拉脱力、剪切力）进行精准测试至关重要。

本文科准测控小编将系统梳理BGA植球工艺的关键影响因素，并结合Alpha W260推拉力测试机，详细介绍焊球力学性能的测试原理、标准、仪器及操作流程，为相关行业提供技术参考。

一、植球工艺原理

1、热植球工艺

原理：通过回流焊加热使锡球熔化，与焊盘形成冶金结合。

工艺流程：

焊盘清洁→ 2. 涂覆助焊膏 → 3. 锡球投放 → 4. 回流焊接 → 5. 焊点检测

2、激光植球工艺

原理：利用高能激光瞬间熔化锡球，并通过气压喷射至焊盘。

工艺流程：

锡球分选→ 2. 激光熔融 → 3. 气压喷射 → 4. 快速冷却

二、 植球工艺影响因素

1、 设计因素

镀层：推荐镀金（≤0.8μm）或镀锡，避免虚焊。

阻焊设计：采用镀镍隔离或塑胶过盈配合，防止焊料爬升。

焊盘尺寸：焊盘直径应略小于锡球直径（如0.3mm锡球对应0.25mm焊盘）。

2、热植球工艺参数

3、激光植球工艺参数

激光功率：无铅焊料> 有铅焊料

气压调节：锡球越大，所需气压越高

喷嘴距离：影响焊球落点精度

三、焊球力学性能测试标准

1、拉脱力测试（垂直方向）

标准：

0.3mm锡球 ≥ 0.49N

0.5mm锡球 ≥ 1.23N

失效判定：焊球与焊盘界面断裂，而非胶水层失效。

2、剪切力测试（水平方向）

标准：

0.3mm锡球 ≥ 0.98N

0.5mm锡球 ≥ 1.96N

失效判定：焊球沿焊盘剪切脱落，无焊盘剥离。

四、测试仪器

1、Alpha W260推拉力测试机

A、设备介绍

Alpha-W260自动推拉力测试机用于为微电子引线键合后引线焊接强度测试、焊点与基板表面粘接力测试及其失效分析领域的专用动态测试仪器，常见的测试有晶片推力、金球推力、金线拉力等，采用高速力值采集系统。根据测试需要更换相对应的测试模组,系统自动识别模组，并自由切换量程。

B、推刀

C、常用工装夹具

2、KZ-68SC-05XY高精度拉力试验机

注：搭配定制工装夹具，进行拉脱力测试

四、测试流程

步骤一、拉脱力测试

1、样品固定

将BGA样品置于真空吸附平台

2、参数设置

测试模式：垂直拉伸

测试速度：0.5mm/s（ISO 04805标准）

终止条件：力值下降≥30%峰值或位移超限（通常1mm）

采样频率：1000Hz

3、执行测试

启动测试程序，以恒定速度垂直上拉

实时监测力-位移曲线

当焊球脱落或力值骤降时自动停止

4、数据采集

记录峰值力值（Fmax）、断裂位移（Dmax）

导出CSV格式原始数据（含时间-力值-位移）

5、失效分析

合格判定：

断裂面位于焊球/焊盘界面

力值≥标准要求（如0.3mm焊球≥0.49N）

异常处理：

若断裂发生在胶层，需重新调整焊膏用量

出现焊盘剥离则判定为基材不良

6、注意事项

环境温度需保持23±2℃，湿度40-60%RH

同一焊球不可重复测试（需更换测试点位）

步骤二、剪切力测试

1. 测试前准备

推刀对准：

使用标准高度块校准剪切刀与平台平行度（≤0.01mm）

确认刀口锋利度（刃口半径≤5μm）

参数预设：

剪切高度：焊球高度×（1/3~1/2），通常50-100μm

剪切速度：0.2mm/s（JESD22-B117A标准）

剪切角度：0°（刀面与焊盘完全平行）
2. 测试步骤

样品定位：

将BGA侧置于测试平台

通过千分尺调整平台高度，使目标焊球中心与刀口对齐

刀具逼近：

以0.1mm/s慢速接近焊球

当接触力达到0.01N时停止，此时Z轴坐标归零

执行剪切：

启动水平推进程序

实时监测剪切力曲线（

当力值降至峰值10%时自动停止

数据分析：

记录最大剪切力（Fshear）、剪切位移（Dshear）

计算剪切强度：τ=Fshear/（π×r²），r为焊球半径

3. 失效模式
   

4. 关键控制点

剪切后需用显微镜（100×）检查焊盘残留

每测试50次需校验刀具磨损情况

不同直径焊球需更换对应刀口宽度（刀口宽=1.2×焊球直径）

垂直拉拔：速度0.5mm/s，记录峰值力值。

数据分析：检查断裂面，确认是否为有效数据。

以上就是小编介绍的有关BGA连接器植球工艺研究及焊球力学性能测试分析相关内容了，希望可以给大家带来帮助！如果您还想了解更多BGA封装料件焊点的可靠性测试方法、视频和操作步骤，推拉力测试机怎么使用视频和图解，使用步骤及注意事项、作业指导书，原理、怎么校准和使用方法视频，推拉力测试仪操作规范、使用方法和测试视频，焊接强度测试仪使用方法和键合拉力测试仪等问题，欢迎您关注我们，也可以给我们私信和留言，【科准测控】小编将持续为大家分享推拉力测试机在锂电池电阻、晶圆、硅晶片、IC半导体、BGA元件焊点、ALMP封装、微电子封装、LED封装、TO封装等领域应用中可能遇到的问题及解决方案。

审核编辑 黄宇