在當(dāng)今高速發(fā)展的微電子封裝和半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，球形凸點(diǎn)（如焊球、導(dǎo)電膠凸點(diǎn)、銅柱凸點(diǎn)等）作為芯片與基板互連的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其機(jī)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(diǎn)尺寸不斷縮?。ú糠忠呀抵?0μm以下），這對剪切力測試技術(shù)提出了更高要求。
ASTM F1269標(biāo)準(zhǔn)作為國際通用的球形凸點(diǎn)機(jī)械測試規(guī)范，為行業(yè)提供了科學(xué)的測試方法?？茰?zhǔn)測控憑借多年材料力學(xué)測試經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合推拉力測試機(jī)，開發(fā)了一套完整的球形凸點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)解讀、操作技巧及典型應(yīng)用案例，為工程師提供實(shí)用的技術(shù)參考。
一、測試原理
球形凸點(diǎn)剪切力測試通過施加平行于基板方向的力，直至凸點(diǎn)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(biāo)：
剪切強(qiáng)度：最大剪切力與凸點(diǎn)橫截面積的比值（單位：MPa）。
失效模式：界面斷裂（粘接失效）、凸點(diǎn)內(nèi)聚斷裂或混合失效。
工藝一致性：多組凸點(diǎn)剪切力的離散性分析。
ASTM F1269標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)剪切力測試的意義
可靠性評估：量化凸點(diǎn)與基板/芯片的結(jié)合強(qiáng)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(yù)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(xué)模型
根據(jù)彈性力學(xué)理論，球形凸點(diǎn)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(diǎn)本體破壞
三、測試工具和儀器
1、Alpha W260推拉力測試機(jī)
A、設(shè)備介紹
Alpha W260推拉力測試機(jī)是專為微電子封裝設(shè)計(jì)的精密力學(xué)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(yīng)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(dǎo)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(xué)和研究。
2、推刀
3、常用工裝夾具
四、測試流程
步驟一、樣品準(zhǔn)備
將帶有球形凸點(diǎn)的樣品（如BGA芯片）固定在測試平臺，確?；逅?。
使用光學(xué)系統(tǒng)定位目標(biāo)凸點(diǎn)，調(diào)整刀具高度至凸點(diǎn)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(rèn)100μm/s）。
剪切方向：平行于基板，刀具與凸點(diǎn)側(cè)壁接觸。
終止條件：力值下降80%（凸點(diǎn)wan全剝離）。
步驟三、執(zhí)行測試
啟動測試機(jī)，刀具勻速推進(jìn)，實(shí)時監(jiān)測力值變化。
記錄最大剪切力（F<sub>max</sub>）及失效位置（界面或凸點(diǎn)內(nèi)部）。
步驟四、數(shù)據(jù)分析
計(jì)算剪切強(qiáng)度：
統(tǒng)計(jì)分析同一批次凸點(diǎn)的強(qiáng)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(qiáng)度、失效模式。
力-位移曲線及光學(xué)顯微鏡失效圖像。
五、應(yīng)用案例
某半導(dǎo)體廠商采用Alpha W260測試錫銀焊球（直徑200μm），發(fā)現(xiàn)部分凸點(diǎn)剪切力低于標(biāo)準(zhǔn)值。經(jīng)分析為回流焊溫度不足導(dǎo)致界面結(jié)合不良，優(yōu)化后剪切強(qiáng)度提升35%。
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