在現(xiàn)代電子制造領域，球柵陣列（BGA）封裝技術因其高密度、高性能和良好的散熱特性，被廣泛應用于各種gao端電子產(chǎn)品中。BGA封裝器件的可靠性直接關系到整個電子系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，而焊點作為連接芯片與基板的關鍵結(jié)構(gòu)，其抗剪強度是衡量焊點可靠性的重要指標之一。焊點抗剪強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械應力和熱應力的考驗。
本文科準測控小編旨在系統(tǒng)地研究BGA封裝器件焊點抗剪強度測試的各個方面，包括測試設備的選擇與校準、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)的建立與應用。
一、試驗目的
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、檢測標準
如JEDEC標準JESD22-B117A和日本工業(yè)標準JIS Z 3198-5等
三、試驗方法
1、檢測設備
a、設備要求：應使用校準的負載單元或傳感器。設備的最大負載能力應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達到凸點直徑的1.1倍以上。設備應能提供并記錄施加于凸點的剪切力，并能對負載提供規(guī)定的移動速率。
b、推薦設備
Beta S100 推拉力測試機
C、設備特點
2、試驗流程
步驟1、測試準備
設備校準：確保推拉力測試機已校準，負載單元或傳感器的最大負載能力不小于凸點最大剪切力的1.1倍。
剪切工具準備：選擇合適的剪切工具，受力面寬度應達到凸點直徑的1.1倍以上，確保推拉力測試機能提供并記錄施加于凸點的剪切力，并能對負載提供規(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，使其能夠準確地對準受試凸點，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)進行對比。
步驟4、移除鄰近凸點
評估設備限制：如果受推拉力測試機的限制，受試凸點鄰近的凸點（和在剪切工具行進路徑上）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、設置剪切參數(shù)
剪切高度：設置剪切高度不低于凸點高度的10%。
剪切速度：設置剪切速度為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、進行剪切測試
啟動設備：啟動推拉力測試機，開始對凸點進行剪切。
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、平均值以及標準偏差。
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準偏差的失效判據(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、標準偏差以及失效模式。
編寫報告：編寫測試報告，詳細記錄測試過程、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部門或客戶，以便進一步分析和決策。
四、實際應用中的注意事項
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度有顯著影響。在單板結(jié)構(gòu)中，高銀焊點的抗剪強度最高且一直增加，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度最高。
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