隨著電子封裝技術(shù)向高密度、微型化方向發(fā)展，底部端子陶瓷封裝(BTC)器件因其優(yōu)異的散熱性能和緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在功率電子、汽車(chē)電子等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，大尺寸陶瓷BTC器件由于陶瓷與PCB基板間熱膨脹系數(shù)(CTE)失配顯著，在溫度循環(huán)載荷下焊點(diǎn)極易產(chǎn)生疲勞失效，嚴(yán)重影響器件可靠性。
科準(zhǔn)測(cè)控團(tuán)隊(duì)針對(duì)這一關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，采用Alpha W260推拉力測(cè)試機(jī)系統(tǒng)開(kāi)展焊點(diǎn)力學(xué)性能評(píng)估與失效機(jī)理研究，為優(yōu)化封裝設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品可靠性提供數(shù)據(jù)支撐。本研究結(jié)合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，建立了完整的焊點(diǎn)強(qiáng)度測(cè)試流程與失效分析方案，對(duì)推動(dòng)大尺寸陶瓷BTC器件的工程應(yīng)用具有重要意義。
一、焊點(diǎn)失效分析原理
1、熱機(jī)械疲勞理論：
陶瓷BTC器件焊點(diǎn)失效主要源于熱循環(huán)過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變累積。陶瓷材料(CTE≈6-8ppm/℃)與FR-4基板(CTE≈16-18ppm/℃)的熱膨脹差異導(dǎo)致溫度變化時(shí)產(chǎn)生剪切應(yīng)變，其大小可通過(guò)2、Engelmaier模型計(jì)算：
γ = (Δα·ΔT·L)/(2h)
其中Δα為CTE差異，ΔT為溫度變化范圍，L為芯片到中性點(diǎn)距離，h為焊點(diǎn)高度。
3、界面斷裂力學(xué)：
焊點(diǎn)失效模式通常表現(xiàn)為：
界面失效(IMC層斷裂)
焊料本體斷裂
混合型失效
通過(guò)推拉力測(cè)試可定量評(píng)估界面結(jié)合強(qiáng)度，結(jié)合斷口形貌分析確定失效機(jī)理。
二、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)
1、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)
JESD22-B117A：半導(dǎo)體器件焊球剪切測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
IPC-9701：表面貼裝焊點(diǎn)可靠性測(cè)試方法
MIL-STD-883 Method 2019：微電子器件鍵合強(qiáng)度測(cè)試
2、關(guān)鍵參數(shù)要求：
| 參數(shù) | 標(biāo)準(zhǔn)值 | 備注 |
|------|--------|------|
| 測(cè)試速度 | 100-500μm/s | JESD22推薦 |
| 剪切高度 | 焊球高度25-50% | 避免基板干擾 |
| 最小樣本量 | 15pcs/條件 | 統(tǒng)計(jì)學(xué)有效性 |
三、測(cè)試儀器配置
1、Alpha W260推拉力測(cè)試機(jī)
Alpha W260推拉力測(cè)試機(jī)是專(zhuān)為微電子封裝可靠性測(cè)試設(shè)計(jì)的高精度設(shè)備，特別適合半導(dǎo)體芯片鍵合強(qiáng)度的測(cè)試需求：
1、設(shè)備特點(diǎn)
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(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
功能性：支持多種測(cè)試模式，如晶片推力測(cè)試、金球推力測(cè)試、金線拉力測(cè)試以及剪切力測(cè)試等。
操作便捷：配備專(zhuān)用軟件，操作簡(jiǎn)單，支持多種數(shù)據(jù)輸出格式，能夠wan美匹配工廠的SPC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
2、多功能測(cè)試能力
支持拉力/剪切/推力測(cè)試
模塊化設(shè)計(jì)靈活配置
3、智能化操作
自動(dòng)數(shù)據(jù)采集
SPC統(tǒng)計(jì)分析
一鍵報(bào)告生成
4、安全可靠設(shè)計(jì)
獨(dú)立安全限位
自動(dòng)模組識(shí)別
防誤撞保護(hù)
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(cè)試分析流程
1、樣品制備
選擇代表性BTC器件(典型尺寸10×10mm)
采用回流焊工藝(SAC305焊料)組裝至FR-4基板
X-ray檢測(cè)確認(rèn)無(wú)空洞缺陷(要求<5%)
2、測(cè)試程序
3、關(guān)鍵步驟
使用激光測(cè)高儀精確控制刀頭間隙(±10μm)
采用三點(diǎn)支撐夾具消除基板變形影響
每組測(cè)試至少20個(gè)有效數(shù)據(jù)點(diǎn)
4、數(shù)據(jù)分析
計(jì)算平均剪切力、標(biāo)準(zhǔn)偏差
Weibull分布分析(形狀參數(shù)β>3表示脆性失效)
SEM/EDS分析失效界面成分
五、典型結(jié)果與討論
某7×7mm陶瓷BTC器件測(cè)試數(shù)據(jù)：
結(jié)果表明：
高溫下強(qiáng)度下降32.4%，符合Arrhenius關(guān)系
斷口形貌顯示界面處存在過(guò)厚的Cu6Sn5 IMC層(>5μm)
優(yōu)化建議：控制回流時(shí)間在60-90s，峰值溫度245±5℃
以上就是小編介紹的有關(guān)于大尺寸陶瓷BTC器件焊點(diǎn)失效分析標(biāo)準(zhǔn)與方法的相關(guān)內(nèi)容了，希望可以給大家?guī)?lái)幫助。如果您還對(duì)推拉力測(cè)試機(jī)怎么使用視頻和圖解，使用步驟及注意事項(xiàng)、作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，原理、怎么校準(zhǔn)和使用方法視頻，推拉力測(cè)試儀操作規(guī)范、使用方法和測(cè)試視頻，焊接強(qiáng)度測(cè)試儀使用方法和鍵合拉力測(cè)試儀等問(wèn)題感興趣，歡迎關(guān)注我們，也可以給我們私信和留言。【科準(zhǔn)測(cè)控】小編將持續(xù)為大家分享推拉力測(cè)試機(jī)在鋰電池電阻、晶圓、硅晶片、IC半導(dǎo)體、BGA元件焊點(diǎn)、ALMP封裝、微電子封裝、LED封裝、TO封裝等領(lǐng)域應(yīng)用中可能遇到的問(wèn)題及解決方案。
