在半導(dǎo)體封裝工藝中，焊球（Solder Ball）的可靠性直接影響芯片的性能和壽命。為確保焊球的機(jī)械強(qiáng)度符合要求，球形剪切測試（Ball Shear Test） 成為關(guān)鍵的質(zhì)量檢測手段之一。科準(zhǔn)測控依據(jù) JEDEC JESD22-B116 標(biāo)準(zhǔn)，采用 Alpha W260 推拉力測試機(jī)進(jìn)行高精度測試，評估焊球的剪切強(qiáng)度，為半導(dǎo)體封裝工藝提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

本文將詳細(xì)介紹球形剪切測試的原理、標(biāo)準(zhǔn)、儀器設(shè)備及測試流程，幫助行業(yè)同仁更好地理解和應(yīng)用該測試方法。

一、測試原理

球形剪切測試是通過施加水平剪切力，使焊球在基板或芯片表面發(fā)生斷裂，從而測量其最大剪切力（Shear Force） 和失效模式（Failure Mode）。測試過程中，推刀（Shear Tool）以恒定速度推動(dòng)焊球，直至其脫落或斷裂。通過分析剪切力曲線，可以評估焊球的焊接質(zhì)量、界面結(jié)合強(qiáng)度以及可能存在的工藝缺陷（如虛焊、脆性斷裂等）。

關(guān)鍵參數(shù)：

剪切力（Shear Force）：焊球被剪斷時(shí)的最大力值（單位：gf 或 N）。

剪切高度（Shear Height）：推刀距離基板的高度（通常為焊球高度的25%）。

失效模式：包括焊球斷裂、界面剝離、基板損傷等。

二、測試標(biāo)準(zhǔn)（JEDEC JESD22-B116）

JEDEC JESD22-B116 是半導(dǎo)體行業(yè)廣泛采用的焊球剪切測試標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了測試條件、設(shè)備要求和數(shù)據(jù)分析方法。

主要要求：

剪切速度：通常為100-500 μm/s，具體取決于焊球尺寸和材料。

剪切高度：推刀距離基板的高度為焊球高度的20%-30%（避免基板干擾）。

測試環(huán)境：常溫（25°C）或高溫（如 150°C、260°C）下進(jìn)行，以模擬實(shí)際應(yīng)用條件。

數(shù)據(jù)記錄：需記錄最大剪切力、位移曲線及失效模式。

三、測試儀器

1、Alpha W260 推拉力測試機(jī)

Alpha W260 是一款高精度推拉力測試機(jī)，專為半導(dǎo)體封裝焊球剪切、引線鍵合拉力測試等設(shè)計(jì)，具有高分辨率力和位移傳感器，確保測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

儀器特點(diǎn)：

多軸運(yùn)動(dòng)控制：X/Y/Z三軸精密定位

智能測試軟件：支持自動(dòng)測試、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和CPK分析

儀器配備專用剪切夾具，可實(shí)現(xiàn)對焊球的非破壞性和破壞性測試。

高精度光學(xué)定位系統(tǒng)，確保測試位置準(zhǔn)確性。

2、常用剪切工具

3、工裝夾具

四、測試流程

步驟一、樣品準(zhǔn)備

將待測芯片或基板固定在測試臺(tái)上，確保焊球處于水平位置。

使用顯微鏡調(diào)整推刀位置，使其對準(zhǔn)焊球邊緣。

步驟二、參數(shù)設(shè)置

根據(jù)JESD22-B116 設(shè)置剪切高度（如焊球高度的25%）。

設(shè)定剪切速度（如200 μm/s）。

步驟三、執(zhí)行測試

啟動(dòng)設(shè)備，推刀以恒定速度推動(dòng)焊球，直至其斷裂。

系統(tǒng)自動(dòng)記錄最大剪切力和位移曲線。

步驟四、數(shù)據(jù)分析

檢查剪切力是否在合格范圍內(nèi)（如≥ 標(biāo)準(zhǔn)要求的最小值）。

觀察失效模式（理想情況為焊球內(nèi)部斷裂，而非界面剝離）。

步驟五、報(bào)告生成

導(dǎo)出測試數(shù)據(jù)，生成包含剪切力、失效模式和統(tǒng)計(jì)分析的報(bào)告。

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審核編輯 黃宇