案例详解：如何用推拉力测试机评估BGA焊球可靠性及工艺改进？

随着微电子技术的飞速发展，电子封装作为连接芯片与外部电路的关键环节，其可靠性直接决定了整个电子产品的性能与寿命。在5G通信、人工智能、物联网等新兴技术推动下，封装技术正朝着高密度、微型化和多功能化方向发展，这对封装材料的机械性能和可靠性提出了更高要求。

本文科准测控小编将重点介绍推拉力测试在微电子封装可靠性评估中的关键作用，并以Beta S100推拉力测试机为例，详细阐述其测试原理、相关标准、仪器特点及操作流程，为封装材料研发和质量控制提供科学可靠的测试解决方案。

一、推拉力测试原理

推拉力测试是评估微电子封装可靠性的核心方法之一，主要通过施加精确控制的推力或拉力来测量封装结构中各关键界面的结合强度。其基本原理基于材料力学和断裂力学理论：

力学强度测试原理：通过测试机对被测样品施加垂直于结合面的推力或平行于结合面的拉力，记录力值随位移变化的曲线，直至界面发生断裂或达到预设阈值。

关键参数测量：

最大破坏力（Fmax）：界面失效时的峰值力值

断裂能量（E）：力-位移曲线下的面积

失效模式：界面断裂、内聚断裂或混合断裂

典型测试对象：

焊球推力测试（BGA/CSP封装）

金线拉力测试（Wire Bonding）

芯片剪切测试（Die Shear）

胶粘剂剥离测试

二、相关测试标准

微电子封装推拉力测试遵循多项国际和行业标准，确保测试结果的可比性和可靠性：

1、国际标准：

JESD22-B117：半导体器件焊球剪切测试标准

MIL-STD-883 Method 2019：微电子器件芯片剪切测试

IPC-9708：电子组件机械性能测试指南

2、行业通用规范

焊球推力测试：通常要求最小推力≥500gf/ball（取决于焊球尺寸）

金线拉力测试：一般要求最小拉力≥3gf（1mil金线）

芯片剪切强度：通常要求≥5kgf/mm²（硅芯片）

3、数据分析标准

Weibull统计分析用于可靠性评估

失效模式分类标准（界面失效/材料失效）

三、测试设备和工具

1、Beta S100推拉力测试机

设备优势：

高精度测量：采用24Bit超高分辨率数据采集系统，确保测试数据的高精度、高重复性和高再现性。

多功能测试：支持推力、拉力、剪切力等多种测试模式，适用于多种封装形式和测试需求。

智能化操作：配备摇杆操作和X、Y轴自动工作台，简化了测试流程，提高了测试效率。

安全设计：每个工位均设有独立安全高度和限速，有效防止误操作对设备和样品的损坏。

模块化设计：能够自动识别并更换不同量程的测试模组，适应不同产品的测试需求。

2、推刀或钩针

四、测试流程

步骤一、样品准备

根据测试目的选择适当封装样品（BGA、QFN、CSP等）

样品固定：使用专用夹具固定PCB或芯片载体

对位调整：通过光学系统精确定位测试点

步骤二、测试程序设置

选择测试模式（推力/拉力/剪切）

设置测试参数：

测试速度（通常0.1-1mm/min）

触发力（通常5-10mN）

终止条件（力值下降百分比或最大位移）

设置数据采集频率（建议≥100Hz）

步骤三、测试执行

启动自动测试程序

实时监控力-位移曲线

测试完成后自动归位

步骤四、数据分析

系统自动计算关键参数（Fmax，E等）

失效模式分析：

界面断裂（Adhesive Failure）

内聚断裂（Cohesive Failure）

基材断裂（Substrate Failure）

生成测试报告（包含原始数据和统计分析）

五、应用案例

以某型BGA封装焊球可靠性评估为例：

1、测试条件

焊球直径：0.3mm

测试速度：0.5mm/min

样品数量：30个（统计显著性）

2、测试结果

平均推力值：8.2N

Weibull斜率：3.2

主要失效模式：焊料/焊盘界面断裂

3、可靠性分析

对比行业标准（最小6N/ball）

评估工艺改进需求

以上就是小编介绍的有关于微电子封装材料及其可靠性测试的相关内容了，希望可以给大家带来帮助。如果您还对IGBT功率模块封装测试图片、测试标准、测试方法和测试原理，推拉力测试机怎么使用视频和图解，使用步骤及注意事项、作业指导书，原理、怎么校准和使用方法视频，推拉力测试仪操作规范、使用方法和测试视频，焊接强度测试仪使用方法和键合拉力测试仪等问题感兴趣，欢迎关注我们，也可以给我们私信和留言。【科准测控】小编将持续为大家分享推拉力测试机在锂电池电阻、晶圆、硅晶片、IC半导体、BGA元件焊点、ALMP封装、微电子封装、LED封装、TO封装等领域应用中可能遇到的问题及解决方案。