半导体封装检测必备：推拉力测试机在焊球剪切测试中的应用

在半导体封装工艺中，焊球（Solder Ball）的可靠性直接影响芯片的性能和寿命。为确保焊球的机械强度符合要求，球形剪切测试（Ball Shear Test） 成为关键的质量检测手段之一。科准测控依据 JEDEC JESD22-B116 标准，采用 Alpha W260 推拉力测试机进行高精度测试，评估焊球的剪切强度，为半导体封装工艺提供可靠的数据支持。

本文将详细介绍球形剪切测试的原理、标准、仪器设备及测试流程，帮助行业同仁更好地理解和应用该测试方法。

一、测试原理

球形剪切测试是通过施加水平剪切力，使焊球在基板或芯片表面发生断裂，从而测量其最大剪切力（Shear Force） 和失效模式（Failure Mode）。测试过程中，推刀（Shear Tool）以恒定速度推动焊球，直至其脱落或断裂。通过分析剪切力曲线，可以评估焊球的焊接质量、界面结合强度以及可能存在的工艺缺陷（如虚焊、脆性断裂等）。

关键参数：

剪切力（Shear Force）：焊球被剪断时的最大力值（单位：gf 或 N）。

剪切高度（Shear Height）：推刀距离基板的高度（通常为焊球高度的25%）。

失效模式：包括焊球断裂、界面剥离、基板损伤等。

二、测试标准（JEDEC JESD22-B116）

JEDEC JESD22-B116 是半导体行业广泛采用的焊球剪切测试标准，规定了测试条件、设备要求和数据分析方法。

主要要求：

剪切速度：通常为 100-500 μm/s，具体取决于焊球尺寸和材料。

剪切高度：推刀距离基板的高度为焊球高度的 20%-30%（避免基板干扰）。

测试环境：常温（25°C）或高温（如 150°C、260°C）下进行，以模拟实际应用条件。

数据记录：需记录最大剪切力、位移曲线及失效模式。

1. 测试仪器

1、Alpha W260 推拉力测试机

Alpha W260 是一款高精度推拉力测试机，专为半导体封装焊球剪切、引线键合拉力测试等设计，具有高分辨率力和位移传感器，确保测试数据的准确性。

仪器特点：

多轴运动控制：X/Y/Z三轴精密定位

智能测试软件：支持自动测试、数据统计和CPK分析

仪器配备专用剪切夹具，可实现对焊球的非破坏性和破坏性测试。

高精度光学定位系统，确保测试位置准确性。

1. 常用剪切工具

1. 工装夹具

四、测试流程

步骤一、样品准备

将待测芯片或基板固定在测试台上，确保焊球处于水平位置。

使用显微镜调整推刀位置，使其对准焊球边缘。

步骤二、参数设置

根据 JESD22-B116 设置剪切高度（如焊球高度的25%）。

设定剪切速度（如 200 μm/s）。

步骤三、执行测试

启动设备，推刀以恒定速度推动焊球，直至其断裂。

系统自动记录最大剪切力和位移曲线。

步骤四、数据分析

检查剪切力是否在合格范围内（如 ≥ 标准要求的最小值）。

观察失效模式（理想情况为焊球内部断裂，而非界面剥离）。

步骤五、报告生成

导出测试数据，生成包含剪切力、失效模式和统计分析的报告。

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