手把手教学：使用推拉力测试机完成POP封装推力测试与结果判读

随着消费电子、人工智能和高性能计算等领域的飞速发展，对集成电路的集成度和性能要求日益苛刻。为在有限空间内实现更多的功能堆叠，Package on Package (POP) 堆叠封装技术已成为高端处理器、移动芯片组等产品的首选封装形式。

POP封装通过垂直互连将逻辑芯片和存储芯片等不同功能的封装体堆叠在一起，极大地节省了PCB板空间。然而，这种三维堆叠结构也带来了新的可靠性挑战。堆叠接口处焊球的机械强度直接决定了整个组件的结构完整性和长期可靠性。在运输、跌落、热循环等应力下，焊点若存在缺陷或强度不足，极易导致连接失效，造成设备功能异常。

因此，对POP封装接口进行精确的推力测试（Shear Test）是确保其质量和可靠性的关键环节。本文科准测控小编将详细探讨POP推力测试的测试原理、相关标准、推荐仪器及详细操作流程，为相关行业的质量控制和可靠性评估提供专业参考。

一、测试原理

POP封装推力测试，通常采用焊球剪切测试（Ball Shear Test） 的原理。其核心目的是测量将上层封装体（PoP top）与下层封装体（PoP bottom）相互连接的焊球从焊盘上剪切下来所需的最大力值。

二、测试标准

JEDEC JESD22-B117A： 《球栅阵列（BGA）封装的焊球剪切测试标准》

该标准虽然针对BGA封装制定，但其测试方法、工具定义、速度要求、高度设定和数据处理方式完全适用于POP封装的焊球剪切测试，是业界公认的权威依据。

标准中对剪切工具、剪切高度、剪切速度、数据采集等关键参数均有明确规定。

三、推荐测试仪器

1、Alpha W260推拉力测试机

Alpha W260 推拉力测试机核心特点：

1、高精度力值测量：采用高分辨率力值传感器，量程可达260N，分辨率高达0.001N，能够精确捕捉微小的力值变化，确保数据准确可靠。

2、超高定位精度：配备精密的X-Y-Z三轴移动平台和光学导航系统，定位精度可达±1μm。这对于精确对准微小的POP焊球（间距可能小至0.4mm或0.35mm）至关重要。

3、强大的软件功能：内置专业测试软件，可轻松设置测试参数（速度、高度、目标力值等），自动完成测试并实时显示、记录和保存“力-位移”曲线。软件支持自动计算和结果判定，极大提高测试效率。

4、丰富的夹具选配：提供多种规格的剪切工具、芯片固定夹具和定制化治具，能够稳定固定各种尺寸的POP封装样品，防止测试过程中发生滑动或倾斜，保证测试结果的重复性。

5、符合国际标准：仪器设计和软件算法严格遵循JEDEC等国际标准，确保测试流程的规范性和结果的权威性。

四、测试流程

步骤一、样品制备

从PCBA上取下待测的POP封装样品，或直接使用未组装的上层POP封装（用于测试其底部焊球的强度）。

必要时，使用适当的夹具或封装胶将下层封装牢固地固定在测试平台上，确保测试时样品不发生任何移动。

步骤二、仪器设置

安装工具：选择合适的剪切工具并安装在测头上。

设置参数：在软件中设置测试参数。

剪切高度：根据标准，设置为焊球实测高度的25% - 50%。

剪切速度：根据标准建议，通常设置为100μm/s至500μm/s之间的恒定速度。

返回高度：设置测试完成后工具的返回位置。

力传感器校准：确保力值测量的准确性。

步骤三、对位与调试

通过显微镜或高倍率CCD摄像头，移动X-Y平台，将剪切工具精确对准目标焊球的侧面。

精细调整Z轴高度，使工具尖端准确位于预设的剪切高度。

可先进行单点测试调试，确认对位和参数设置无误。

步骤四、执行测试

启动测试程序，设备将自动完成：移动工具至起始位置 -> 按设定速度水平推进 -> 接触并剪切焊球 -> 记录全过程力值数据 -> 工具返回。

测试完成后，软件自动计算并显示最大剪切力值。

步骤五、结果分析

数据记录：记录每个焊球的峰值推力力值（单位：克力gf或牛顿N）。

断裂模式分析：观察焊球剪切后的断裂面。

韧性断裂：断裂发生在焊球内部，断面呈延展性变形，通常表明焊接良好。

脆性断裂：断裂发生在焊球与焊盘的界面（IMC层），断面平整，通常表明界面结合弱，可能存在焊接问题。

统计评估：对同一批次的多个样品或多个焊点进行测试，进行统计分析，以评估生产过程的稳定性和一致性。

步骤六、生成报告

使用仪器软件自动生成测试报告，内容包括测试条件、每个测点的力值数据、统计结果（平均值、最大值、最小值、CPK等）以及力-位移曲线。

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