焊球连接强度测试：方法、设备与数据分析探讨

随着微电子技术的飞速发展，电子设备的微型化和高性能化成为了行业发展的必然趋势。在这一进程中，芯片封装技术起到了至关重要的作用。焊球类封装作为其中一种广泛应用的形式，其可靠性直接关系到电子产品的性能和使用寿命。焊球类封装通过在芯片与基板之间形成微小的焊球连接，实现了电气连接和物理支撑的双重功能。然而，这些微小的焊球在实际应用中面临着各种机械应力和热应力的考验，其中剥离力测试是评估焊球连接可靠性的重要手段之一。本文科准测控小编旨在深入探讨焊球类封装的剥离力测试方法、影响因素以及测试结果的分析与应用。

一、测试依据

焊球剪切力测试，也称为键合点强度测试，主要遵循以下行业标准：

AEC Q-100 - 金球剪：针对金球焊接点的剪切强度进行测试，确保其在高可靠性要求下的性能。

AEC Q-100 - 焊球剪切：用于评估焊球的剪切强度，适用于各种类型的焊球焊接结构。

ASTM F1269 - 球键剪切：专门针对球键焊接点的剪切强度进行测试，确保其在实际应用中的可靠性。

芯片剪切 - MIL STD 883：根据jun用标准对芯片焊接点的剪切强度进行严格测试，适用于高可靠性要求的电子产品。

二、测试原理

夹具选择与安装：根据所测试的焊球或芯片类型，选用刚硬且精密的推刀夹具，并将其正确安装在测试设备上，确保夹具的稳定性和精确性。

测试头定位：利用三轴测试平台，将测试头精确移动至所测试产品的后上方，使其与焊球凸点或芯片对齐，为后续的剪切测试做好准备。

剪切工具角度调整：将剪切工具与芯片表面调整至90°±5°的角度，确保剪切力能够垂直作用于焊球凸点或芯片表面，提高测试结果的准确性。

触地功能应用：通过灵敏的触地功能，准确找到测试基板的表面，确保剪切工具与基板的接触位置准确无误，为后续的剪切测试提供可靠的基准。

剪切位置保持与自动化控制：设备会根据程序设置的移动速率，每次都在相同的高度进行剪切，同时配备摄像机系统，对加载工具与焊接进行对准，确保剪切位置的准确性。许多功能实现自动化，结合先进的电子和软件控制，提高测试效率和结果的稳定性。

三、常用检测设备

Alpha W260推拉力测试机

1、设备介绍

a、多功能焊接强测试仪是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。

b、根据测试需要更换相对应的测试模组,系统自动识别模组量程。可以灵活得应用到不同产品的测试，每个工位独立设置安全高度位及安全限速，防止误操作对测试针头造成损坏。且具有测试动作迅速、准确、适用面广的特点。

c、适用于半导体IC封装测试、LED 封装测试、光电子器件封装测试、PCBA电子组装测试、汽车电子、航空航天、军工等等。亦可用于各种电子分析及研究单位失效分析领域以及各类院校教学和研究。

2、推刀

3、设备特点

三、测试范围

推球测试：测试范围可在250克或5千克之间选择，适用于不同大小和强度的焊球进行推力测试。

芯片或CHIP推力测试：测试范围可达0-50公斤，甚至0-200公斤比较常见，能够满足各种芯片或CHIP在不同应用场景下的推力测试需求.

四、适用对象

该工作原理广泛适用于多种电子元件和焊接结构的推力剪切力测试设备，包括但不限于：

金球、铜球、锡球：对不同材质的焊球进行推力剪切力测试，确保其焊接强度和可靠性。

晶圆、芯片：对晶圆和芯片的焊接点进行推力剪切力测试，评估其在实际应用中的性能。

贴片元件、晶片、IC封装：适用于对贴片元件、晶片和IC封装等电子组件的焊接点进行推力剪切力测试，确保其在电子产品中的稳定性和可靠性.

焊点、锡膏：对焊点和锡膏的焊接强度进行测试，评估其在电子制造过程中的质量控制效果。

SMT贴片、贴片电容：对SMT贴片和贴片电容等元件的焊接点进行推力剪切力测试，确保其在电子设备中的稳定性和性能表现.

0402/0603等元器件：适用于对0402、0603等小型电子元器件的焊接点进行推力剪切力测试，确保其在高密度电子电路中的可靠连接。

四、测试方法（推力测试）

步骤1、准备阶段

设备检查：确保AlphaW260推拉力测试机处于正常工作状态，检查3DOM测量设备的精度和校准状态。

样品准备：选取待测Wire bond shear样品，标记测试位置，确保样品表面清洁无污。

步骤2、测试头定位

移动测试头：通过操作左右摇杆，将测试头精确移动至所测试产品后上方的预定位置。

Z轴调整：按下测试按钮，Z轴自动向下移动。当测试针头触至测试基板表面后，Z向触信号启动，Z轴停止下降。

步骤3、剪切高度设定

Z轴上升：Z轴自动上升至预先设定的剪切高度并停止，此高度应根据实验设计和样品特性进行精确设定。

步骤4、Y轴移动与测试

Y轴移动：Y轴根据软件设定的参数开始移动。在移动过程中，Y轴首先以快速运行。

触发力值感应：当Y轴在移动过程中感应到设定的触发力值时，速度自动调整为慢速，开始进行产品测试。

数据采集：在慢速测试过程中，系统自动采集并记录测试数据，确保数据的稳定性和准确性。

步骤5、数据分析与判定

数据记录：测试完成后，记录所有测试数据，包括剪切力、位移等关键参数。

3DOM测量：使用3DOM设备测量焊球的厚度和大小，获取精确的尺寸数据。

结果判定：根据测试数据和3DOM测量结果，对照预设的判定标准，进行结果判定。判定标准应基于行业规范和实验目的进行设定。

步骤6、结果报告

报告撰写：撰写详细的测试报告，包括测试方法、设备参数、测试数据、测量结果和判定结论。

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