從理論到實(shí)踐：推拉力測(cè)試機(jī)在BGA連接器植球工藝研究中的完整解決方案

隨著電子設(shè)備向輕、薄、短、小方向發(fā)展，球柵陣列（BGA）封裝因其高密度、高可靠性等優(yōu)勢(shì)，在航空航天、數(shù)字通信等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，BGA連接器的植球工藝質(zhì)量直接影響其焊接可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，因此，對(duì)焊球的力學(xué)性能（拉脫力、剪切力）進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)試至關(guān)重要。

本文科準(zhǔn)測(cè)控小編將系統(tǒng)梳理BGA植球工藝的關(guān)鍵影響因素，并結(jié)合Alpha W260推拉力測(cè)試機(jī)，詳細(xì)介紹焊球力學(xué)性能的測(cè)試原理、標(biāo)準(zhǔn)、儀器及操作流程，為相關(guān)行業(yè)提供技術(shù)參考。

一、植球工藝原理

1、熱植球工藝

原理：通過(guò)回流焊加熱使錫球熔化，與焊盤(pán)形成冶金結(jié)合。

工藝流程：

焊盤(pán)清潔 → 2. 涂覆助焊膏 → 3. 錫球投放 → 4. 回流焊接 → 5. 焊點(diǎn)檢測(cè)

2、激光植球工藝

原理：利用高能激光瞬間熔化錫球，并通過(guò)氣壓噴射至焊盤(pán)。

工藝流程：

錫球分選 → 2. 激光熔融 → 3. 氣壓噴射 → 4. 快速冷卻

二、 植球工藝影響因素

1、 設(shè)計(jì)因素

鍍層：推薦鍍金（≤0.8μm）或鍍錫，避免虛焊。

阻焊設(shè)計(jì)：采用鍍鎳隔離或塑膠過(guò)盈配合，防止焊料爬升。

焊盤(pán)尺寸：焊盤(pán)直徑應(yīng)略小于錫球直徑（如0.3mm錫球?qū)?yīng)0.25mm焊盤(pán)）。

2、熱植球工藝參數(shù)

3、激光植球工藝參數(shù)

激光功率：無(wú)鉛焊料 > 有鉛焊料

氣壓調(diào)節(jié)：錫球越大，所需氣壓越高

噴嘴距離：影響焊球落點(diǎn)精度

三、焊球力學(xué)性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

1、拉脫力測(cè)試（垂直方向）

標(biāo)準(zhǔn)：

0.3mm錫球 ≥ 0.49N

0.5mm錫球 ≥ 1.23N

失效判定：焊球與焊盤(pán)界面斷裂，而非膠水層失效。

2、剪切力測(cè)試（水平方向）

標(biāo)準(zhǔn)：

0.3mm錫球 ≥ 0.98N

0.5mm錫球 ≥ 1.96N

失效判定：焊球沿焊盤(pán)剪切脫落，無(wú)焊盤(pán)剝離。

四、測(cè)試儀器

1、Alpha W260推拉力測(cè)試機(jī)

A、設(shè)備介紹

Alpha-W260自動(dòng)推拉力測(cè)試機(jī)用于為微電子引線鍵合后引線焊接強(qiáng)度測(cè)試、焊點(diǎn)與基板表面粘接力測(cè)試及其失效分析領(lǐng)域的專用動(dòng)態(tài)測(cè)試儀器，常見(jiàn)的測(cè)試有晶片推力、金球推力、金線拉力等，采用高速力值采集系統(tǒng)。根據(jù)測(cè)試需要更換相對(duì)應(yīng)的測(cè)試模組,系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別模組，并自由切換量程。

B、推刀

C、常用工裝夾具

2、KZ-68SC-05XY高精度拉力試驗(yàn)機(jī)

注：搭配定制工裝夾具，進(jìn)行拉脫力測(cè)試

四、測(cè)試流程

步驟一、拉脫力測(cè)試

1、樣品固定

將BGA樣品置于真空吸附平臺(tái)

2、參數(shù)設(shè)置

測(cè)試模式：垂直拉伸

測(cè)試速度：0.5mm/s（ISO 04805標(biāo)準(zhǔn)）

終止條件：力值下降≥30%峰值或位移超限（通常1mm）

采樣頻率：1000Hz

3、執(zhí)行測(cè)試

啟動(dòng)測(cè)試程序，以恒定速度垂直上拉

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)力-位移曲線

當(dāng)焊球脫落或力值驟降時(shí)自動(dòng)停止

4、數(shù)據(jù)采集

記錄峰值力值（Fmax）、斷裂位移（Dmax）

導(dǎo)出CSV格式原始數(shù)據(jù)（含時(shí)間-力值-位移）

5、失效分析

合格判定：

斷裂面位于焊球/焊盤(pán)界面

力值≥標(biāo)準(zhǔn)要求（如0.3mm焊球≥0.49N）

異常處理：

若斷裂發(fā)生在膠層，需重新調(diào)整焊膏用量

出現(xiàn)焊盤(pán)剝離則判定為基材不良

6、注意事項(xiàng)

環(huán)境溫度需保持23±2℃，濕度40-60%RH

同一焊球不可重復(fù)測(cè)試（需更換測(cè)試點(diǎn)位）

步驟二、剪切力測(cè)試

1. 測(cè)試前準(zhǔn)備

推刀對(duì)準(zhǔn)：

使用標(biāo)準(zhǔn)高度塊校準(zhǔn)剪切刀與平臺(tái)平行度（≤0.01mm）

確認(rèn)刀口鋒利度（刃口半徑≤5μm）

參數(shù)預(yù)設(shè)：

剪切高度：焊球高度×（1/3~1/2），通常50-100μm

剪切速度：0.2mm/s（JESD22-B117A標(biāo)準(zhǔn)）

剪切角度：0°（刀面與焊盤(pán)wan全平行）

2. 測(cè)試步驟

樣品定位：

將BGA側(cè)置于測(cè)試平臺(tái)

通過(guò)千分尺調(diào)整平臺(tái)高度，使目標(biāo)焊球中心與刀口對(duì)齊

刀具逼近：

以0.1mm/s慢速接近焊球

當(dāng)接觸力達(dá)到0.01N時(shí)停止，此時(shí)Z軸坐標(biāo)歸零

執(zhí)行剪切：

啟動(dòng)水平推進(jìn)程序

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)剪切力曲線（

當(dāng)力值降至峰值10%時(shí)自動(dòng)停止

數(shù)據(jù)分析：

記錄最大剪切力（Fshear）、剪切位移（Dshear）

計(jì)算剪切強(qiáng)度：τ=Fshear/（π×r2），r為焊球半徑

3. 失效模式

4. 關(guān)鍵控制點(diǎn)

剪切后需用顯微鏡（100×）檢查焊盤(pán)殘留

每測(cè)試50次需校驗(yàn)刀具磨損情況

不同直徑焊球需更換對(duì)應(yīng)刀口寬度（刀口寬=1.2×焊球直徑）

垂直拉拔：速度0.5mm/s，記錄峰值力值。

數(shù)據(jù)分析：檢查斷裂面，確認(rèn)是否為有效數(shù)據(jù)。

以上就是小編介紹的有關(guān)BGA連接器植球工藝研究及焊球力學(xué)性能測(cè)試分析相關(guān)內(nèi)容了，希望可以給大家?guī)?lái)幫助！如果您還想了解更多BGA封裝料件焊點(diǎn)的可靠性測(cè)試方法、視頻和操作步驟，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，歡迎您關(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。