在當今高速發(fā)展的微電子封裝和半導體制造領(lǐng)域，球形凸點（如焊球、導電膠凸點、銅柱凸點等）作為芯片與基板互連的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其機械可靠性直接影響產(chǎn)品的使用壽命和性能表現(xiàn)。隨著封裝技術(shù)向高密度、微型化方向發(fā)展，凸點尺寸不斷縮小（部分已降至50μm以下），這對剪切力測試技術(shù)提出了更高要求。

ASTM F1269標準作為國際通用的球形凸點機械測試規(guī)范，為行業(yè)提供了科學的測試方法?？茰蕼y控憑借多年材料力學測試經(jīng)驗，結(jié)合推拉力測試機，開發(fā)了一套完整的球形凸點剪切力測試解決方案。本文將系統(tǒng)性地介紹測試原理、設(shè)備選型、標準解讀、操作技巧及典型應用案例，為工程師提供實用的技術(shù)參考。

一、測試原理

球形凸點剪切力測試通過施加平行于基板方向的力，直至凸點發(fā)生斷裂或脫落，記錄最大剪切力值。該測試可評估以下關(guān)鍵指標：

剪切強度：最大剪切力與凸點橫截面積的比值（單位：MPa）。

失效模式：界面斷裂（粘接失效）、凸點內(nèi)聚斷裂或混合失效。

工藝一致性：多組凸點剪切力的離散性分析。

ASTM F1269標準規(guī)定了測試速度、刀具幾何形狀及數(shù)據(jù)采集要求，確保測試條件的一致性。

二、測試目的

1、球形凸點剪切力測試的意義

可靠性評估：量化凸點與基板/芯片的結(jié)合強度

工藝優(yōu)化：比較不同焊接/固化工藝的質(zhì)量差異

失效分析：識別界面斷裂、內(nèi)聚斷裂等失效模式

壽命預測：為熱循環(huán)可靠性提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2、剪切力測試的力學模型

根據(jù)彈性力學理論，球形凸點剪切過程可分為三個階段：

彈性變形階段：力-位移呈線性關(guān)系

塑性變形階段：材料發(fā)生屈服

斷裂階段：界面或凸點本體破壞

三、測試工具和儀器

1、Alpha W260推拉力測試機

A、設(shè)備介紹

Alpha W260推拉力測試機是專為微電子封裝設(shè)計的精密力學測試設(shè)備，常見的測試有晶片推力、金球推力、金線拉力等，采用高速力值采集系統(tǒng)。根據(jù)測試需要更換相對應的測試模組,系統(tǒng)自動識別模組，并自由切換量程。產(chǎn)品軟件操作簡單方便，適用于半導體IC封裝測試、LED 封裝測試、光電子器件封裝測試、PCBA電子組裝測試、汽車電子、航空航天、軍工等等。亦可用于各種電子分析及研究單位失效分析領(lǐng)域以及各類院校教學和研究。

2、推刀

3、常用工裝夾具

四、測試流程

步驟一、樣品準備

將帶有球形凸點的樣品（如BGA芯片）固定在測試平臺，確保基板水平。

使用光學系統(tǒng)定位目標凸點，調(diào)整刀具高度至凸點高度的50%~70%處（ASTM F1269推薦）。

步驟二、儀器設(shè)置

選擇ASTM F1269測試模板，設(shè)置參數(shù)：

測試速度：50~500μm/s（依材料調(diào)整，默認100μm/s）。

剪切方向：平行于基板，刀具與凸點側(cè)壁接觸。

終止條件：力值下降80%（凸點wan全剝離）。

步驟三、執(zhí)行測試

啟動測試機，刀具勻速推進，實時監(jiān)測力值變化。

記錄最大剪切力（F_max）及失效位置（界面或凸點內(nèi)部）。

步驟四、數(shù)據(jù)分析

計算剪切強度：

統(tǒng)計分析同一批次凸點的強度分布，評估工藝穩(wěn)定性。

步驟五、報告輸出

生成包含以下內(nèi)容的測試報告：

最大剪切力、剪切強度、失效模式。

力-位移曲線及光學顯微鏡失效圖像。

五、應用案例

某半導體廠商采用Alpha W260測試錫銀焊球（直徑200μm），發(fā)現(xiàn)部分凸點剪切力低于標準值。經(jīng)分析為回流焊溫度不足導致界面結(jié)合不良，優(yōu)化后剪切強度提升35%。

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