JISZ198-7-2003焊点强度测试详解
发布时间：2022-09-23 10:19:19
JISZ198-7-2003焊点强度测试详解
芯片及元器件的焊接方式是影响其可靠性的重要环节，因此，如何在保障芯片及元器件焊点牢固性及使用寿命的前提下调整其传导性、绝缘性及散热性等需求，是芯片及元器件设计、生产及可靠性检测中非常重要的一环。
核心目的
焊点强度测试有两个核心目的：
一是为了研究影响焊点可靠性的因素，改变或者改善这些因素从而提高焊点可靠性。
二是通过焊点在受力过程中的变化趋势和规律，从而预测焊点寿命，找到设计依据来优化焊点，提高焊点寿命。
焊点强度测试主要包括破坏性键合强度试验、非破坏性键合拉力试验和剪切强度试验。
破坏性键合强度试验主要为了测量键合强度，评估键合强度分布或测定键合强度是否符合要求。
非破坏性键合拉力试验主要应用于避免损坏合格内引线键合的同时揭示不合格的引线键合。需要这注意的是，对于直径大于127μm（或等效截面积）且没有足够空间使用钩子的引线无法适用于此试验。
剪切强度试验的目的是确定将半导体芯片或表面安装的无源器件安装在管座或其它基板上所使用的材料和工艺完整性。
设备能力
为了更好地服务芯片客户的需求，配备了专门的焊点强度测试试验能力。
主要技术指标：测试精度为各传感器的各测试满量程的±0.25％。
现配置的仪器有引线键合强度（简称拉力）、芯片剪切强度和 BGA 焊球剪切力（简称 剪切力或推力）3种共5个不同功能与不同最大量程的传感器：wire pμll传感器2个（100g1kg）、die shear传感器2个（5kg、100kg）；ball shear传感器1个（250g）。
试验时，可根据试验类型的要求和待测样品的具体情况，选用功能、量程和规格均合适的传感器及钩针或推刀，传感器类型及相关参数见下表1。
表1 仪器传感器相关参数
传感器类型 | 测试头型号 | 力值范围 | 测试速度 |
Wire pull(引线拉力传感器) | WP100 | 10g～100g | 0～5000μm/s |
Wire pull(引线拉力传感器) | WP10Kg | 100g～1kg | 0～5000μm/s |
Die shear(芯片剪切力传感器) | DS100Kg | 10kg～100kg | 0～700μm/s |
Die shear(芯片剪切力传感器) | BS5Kg | 500g～5kg | 0～700μm/s |
Ball shear(焊球剪切力传感器) | BS250 | 25g～250g | 0～600μm/s |
案例分析和主要测试步骤
标准要求-JISZ198-7-2003—无铅焊料的试验方法第7部分：片式元件上焊点剪切强度的方法。
(1)选择合适的传感器及推刀，并根据要求设置测试参数。
(2)将样品固定于剪切力拉力测试仪测试台上。
(3)转动、移动样品台，使推刀与固定芯片的管座或基板基座近似垂直，保证施力方向与管座或基板平面平行，并与被试验的器件的施加应力面垂直。（当试验受到封装外型结构限制导致上述规定不适用时，则可选择适用的边进行试验。对焊点施加一个水平方向的均匀力值。）
(4)紧固样品台，然后对焊点施加推力，记录焊点从固定位置上剪切下来的力。
(5)如有需要，进行结果评定。
失效判据
实验中，若施加外力小于指定试验条件、组成和结构所要求的最小焊点强度时出现焊点分离，则为失效。
记录剪切力值的过程中需要观察焊点破坏的失效界面，对解释剪切强度的测试结果非常有帮助。
对于一个焊点而言，至少存在三个界面：集焊料/焊盘、焊盘/pcb基板、元器件端子/焊料。
剪切试验中焊点破坏一般从最薄弱环节开始，不同失效界面代表不同的机理。