隨著電子封裝技術向高密度、微型化方向發(fā)展，陶瓷球柵陣列封裝(CBGA)因其優(yōu)異的電熱性 效問題一直是制約其可靠性的關鍵因素。

本文科準測控小編將介紹如何基于Alpha W260推拉力測試機，結合有限元仿真技術，建立了CBGA焊點失效分析的完整方法體系。通過系統(tǒng)的力學性能測試與多物理場耦合仿真，揭示了溫度循環(huán)載荷下CBGA焊點的失效演化規(guī)律，為高可靠性電子封裝設計與工藝優(yōu)化提供了理論依據(jù)和技術支持。

一、CBGA焊點失效原理

1、 失效機理

CBGA焊點主要失效模式包括：

熱機械疲勞失效：由于陶瓷基板與PCB板熱膨脹系數(shù)(CTE)不匹配，在溫度循環(huán)載荷下產生周期性剪切應變，導致焊點累積損傷

脆性斷裂失效：SnAgCu無鉛焊料在低溫高應變率條件下易發(fā)生脆性斷裂

界面IMC層失效：焊點與UBM層間形成的金屬間化合物(IMC)過厚導致脆性增加

2、失效演化過程

初始階段：焊點內部產生微裂紋

擴展階段：裂紋沿高應變能密度區(qū)擴展

貫通階段：裂紋貫穿焊點截面

完全失效：電氣連接中斷

二、測試標準與方法

1、參考標準

IPC-9701：表面貼裝焊點可靠性測試方法

JESD22-B104：機械沖擊測試標準

MIL-STD-883：微電子器件試驗方法標準

2、關鍵參數(shù)

三、測試儀器

1、Alpha W260推拉力測試機

Alpha W260推拉力測試機是專為微電子封裝可靠性測試設計的高精度設備，特別適合CBGA焊點失效分析的測試需求：

1、設備特點

高精度：全量程采用自主研發(fā)的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，確保測試數(shù)據(jù)的準確性。

功能性：支持多種測試模式，如晶片推力測試、金球推力測試、金線拉力測試以及剪切力測試等。

操作便捷：配備專用軟件，操作簡單，支持多種數(shù)據(jù)輸出格式，能夠完美匹配工廠的SPC網絡系統(tǒng)。

2、多功能測試能力

支持拉力/剪切/推力測試

模塊化設計靈活配置

3、智能化操作

自動數(shù)據(jù)采集

SPC統(tǒng)計分析

一鍵報告生成

4、安全可靠設計

獨立安全限位

自動模組識別

防誤撞保護

5、夾具系統(tǒng)

多種規(guī)格的剪切工具（適用于不同尺寸焊球）

鉤型拉力夾具

定制化夾具解決方案

四、測試流程

步驟一、試驗分析流程1. 樣品接收與初步檢查

記錄樣品信息：封裝類型、材料、工藝參數(shù)、失效現(xiàn)象（如開裂、虛焊、腐蝕等）。

外觀檢查：使用光學顯微鏡或體視顯微鏡觀察焊點表面狀態(tài)（裂紋、空洞、變色等）。

步驟二、非破壞性分析（NDT）

X射線檢測（2D/3D X-ray）：

檢查焊點內部結構（空洞、裂紋、界面分離等）。

定位缺陷位置（如BGA邊緣或中心區(qū)域）。

聲學掃描顯微鏡（C-SAM）（可選）：

檢測分層、內部裂紋（適用于塑封或多層結構）。

步驟三、電性能測試

導通性測試：使用萬用表或飛針測試儀確認開路/短路。

阻抗分析（可選）：通過TDR（時域反射儀）檢測信號完整性異常。

步驟四、推拉力測試（關鍵步驟）

1、設備準備

選用合適的推拉力測試機（如Dage 4000、Nordson DAGE等）。

選擇測試模式（剪切力測試/拉力測試）。

2、測試參數(shù)設置

剪切測試（適用于BGA焊點）：

測試頭選擇：平頭或楔形頭（根據(jù)焊球尺寸）。

測試速度：通常 100-500 μm/s。

剪切高度：控制在焊球高度的 20-50%（避免PCB損傷）。

拉力測試（適用于特定失效分析）：

使用專用夾具（如膠粘或焊接固定）。

垂直拉力，速度 50-200 μm/s。

3、執(zhí)行測試

對多個焊點進行測試，記錄最大斷裂力（Fmax）和斷裂模式（焊球斷裂、IMC層斷裂、PCB焊盤脫落等）。

4、數(shù)據(jù)分析

對比標準值，判斷焊點強度是否合格。

結合斷裂位置分析失效模式（如脆性斷裂、韌性斷裂）。

步驟五、破壞性分析（驗證推拉力測試結果）

1、切片制備（Cross-Section）：

對已測試的焊點進行研磨拋光，觀察斷裂面微觀結構。

使用SEM/EDS分析斷裂面（IMC層、裂紋擴展路徑、元素成分）。

2、染色滲透試驗（Dye & Pry）（可選）：

注入染色劑（如紅墨水），分離后觀察裂紋分布，驗證推拉力測試結果。

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審核編輯 黃宇