提升BGA可靠性：焊接强度测试机如何精准量化铜柱剪切力

在电子产品日益追求高性能、小型化及高可靠性的今天，球栅阵列封装技术已成为集成电路封装的绝对主流。作为BGA封装中的关键互连结构，焊点的机械强度直接决定了整个器件在后续组装、运输及使用过程中抵抗物理应力的能力，是影响产品长期可靠性的生命线。

本文科准测控小编将围绕BGA铜柱的剪切力测试，详细阐述其测试原理、遵循的国际标准、推荐的专业检测仪器及标准化的测试流程，为相关行业的品质控制与可靠性评估提供一套完整的技术解决方案。

一、测试原理

BGA铜柱剪切力测试的基本原理是通过一个精密的剪切工具，在平行于PCB基板或芯片载板的方向上，以恒定的速度对单个铜柱焊点施加一个推力。这个推力持续增加，直至铜柱与焊盘之间的连接发生失效。测试机实时记录整个过程中施加的力与位移的变化，从而得到一条力-位移曲线。

通过分析这条曲线，我们可以获得：

最大剪切力：即曲线上的峰值力，代表该焊点所能承受的最大剪切载荷，直接反映其机械强度。

失效模式：通过显微镜观察失效后的焊盘界面，可以判断失效是发生在焊料内部、铜柱与焊料界面，还是焊料与焊盘界面。

二、测试标准

JEDEC JESD22-B117A：《焊接球剪切测试》

JEDEC JESD22-B117B：《焊接球剪切测试》（可能是A版的修订或补充）

JEITA ET-7409：《半导体器件的板级可靠性试验方法》

三、测试仪器

1、Alpha W260焊接强度测试机

该设备是专为微焊接点强度测试而设计的高精度仪器，完全满足上述国际标准的测试要求。

仪器主要特点：

高精度力值传感器：提供多种量程选择（如2kgf, 5kgf, 20kgf, 50kgf），确保即使是微小的铜柱焊点也能被精确测量。

精密的剪切工具：配备多种规格的剪切工具，工具开口经过特殊设计，以确保在推切铜柱时不会碰到基板或相邻的焊点。

高分辨率位移控制：X, Y, Z三轴均采用高精度步进电机或伺服电机控制，定位精度可达微米级，确保剪切工具与铜柱之间的对位和间隙设定准确无误。

用户友好软件：内置的专业测试软件能够实时显示力-位移曲线，自动计算最大剪切力、能量等参数，并生成详细的测试报告。

高倍率视频观测系统：集成显微镜和摄像头，便于精确对位，并能在测试后立即观察和记录失效模式。

四、测试流程

步骤一、样品制备

将待测的BGA芯片或已完成焊接的样板固定在测试机的夹具上，确保样品水平且牢固。

步骤二、工具选择与安装

根据BGA铜柱的直径和间距，选择合适的剪切工具。工具的开口宽度必须大于铜柱直径但小于相邻铜柱的间距。

步骤三、参数设置

在测试软件中设置测试参数，主要包括：

测试速度：根据标准推荐，通常设定在100 μm/s至1000 μm/s范围内。

剪切高度：这是关键参数。指工具底面与基板或芯片表面之间的距离。标准通常规定为焊点高度的某个百分比（如25%），对于铜柱，需精确设定以避免损伤基板或推切位置不当。

回程高度：测试完成后工具自动抬升的高度。

步骤四、对位

使用设备自带的高倍率摄像头，精细移动剪切工具，使其对准待测铜柱的一侧，并确保工具与铜柱之间保持设定的剪切高度间隙。

步骤五、执行测试

启动测试程序。设备将自动驱动剪切工具以恒定速度推切铜柱，直至其完全脱落。软件同步记录全过程数据。

步骤六、数据记录与失效分析

测试完成后，软件自动生成测试报告，记录最大剪切力值。

将样品取下，在光学显微镜或扫描电子显微镜下观察失效界面，判断并记录失效模式（如：界面断裂、焊料内聚断裂、铜柱断裂等）。

步骤七、结果统计与报告

对同一批次的多个样品进行测试后，统计分析剪切力数据（如平均值、标准差、CPK值），并结合失效模式，最终形成完整的测试评估报告。

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