在當(dāng)今高速發(fā)展的微電子封裝和半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，球形凸點(diǎn)（如焊球、導(dǎo)電膠凸點(diǎn)、銅柱凸點(diǎn)等）作為芯片與基板互連的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其機(jī)械可靠性直接影響產(chǎn)品的使用壽命和性能表現(xiàn)。隨著封裝技術(shù)向高密度、微型化方向發(fā)展，凸點(diǎn)尺寸不斷縮?。ú糠忠呀抵?0μm以下），這對(duì)剪切力測(cè)試技術(shù)提出了更高要求。

ASTM F1269標(biāo)準(zhǔn)作為國(guó)際通用的球形凸點(diǎn)機(jī)械測(cè)試規(guī)范，為行業(yè)提供了科學(xué)的測(cè)試方法?？茰?zhǔn)測(cè)控憑借多年材料力學(xué)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合推拉力測(cè)試機(jī)，開發(fā)了一套完整的球形凸點(diǎn)剪切力測(cè)試解決方案。本文將系統(tǒng)性地介紹測(cè)試原理、設(shè)備選型、標(biāo)準(zhǔn)解讀、操作技巧及典型應(yīng)用案例，為工程師提供實(shí)用的技術(shù)參考。

一、測(cè)試原理

球形凸點(diǎn)剪切力測(cè)試通過施加平行于基板方向的力，直至凸點(diǎn)發(fā)生斷裂或脫落，記錄最大剪切力值。該測(cè)試可評(píng)估以下關(guān)鍵指標(biāo)：

剪切強(qiáng)度：最大剪切力與凸點(diǎn)橫截面積的比值（單位：MPa）。

失效模式：界面斷裂（粘接失效）、凸點(diǎn)內(nèi)聚斷裂或混合失效。

工藝一致性：多組凸點(diǎn)剪切力的離散性分析。

ASTM F1269標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測(cè)試速度、刀具幾何形狀及數(shù)據(jù)采集要求，確保測(cè)試條件的一致性。

二、測(cè)試目的

1、球形凸點(diǎn)剪切力測(cè)試的意義

可靠性評(píng)估：量化凸點(diǎn)與基板/芯片的結(jié)合強(qiáng)度

工藝優(yōu)化：比較不同焊接/固化工藝的質(zhì)量差異

失效分析：識(shí)別界面斷裂、內(nèi)聚斷裂等失效模式

壽命預(yù)測(cè)：為熱循環(huán)可靠性提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2、剪切力測(cè)試的力學(xué)模型

根據(jù)彈性力學(xué)理論，球形凸點(diǎn)剪切過程可分為三個(gè)階段：

彈性變形階段：力-位移呈線性關(guān)系

塑性變形階段：材料發(fā)生屈服

斷裂階段：界面或凸點(diǎn)本體破壞

三、測(cè)試工具和儀器

1、Alpha W260推拉力測(cè)試機(jī)

A、設(shè)備介紹

Alpha W260推拉力測(cè)試機(jī)是專為微電子封裝設(shè)計(jì)的精密力學(xué)測(cè)試設(shè)備，常見的測(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。產(chǎn)品軟件操作簡(jiǎn)單方便，適用于半導(dǎo)體IC封裝測(cè)試、LED 封裝測(cè)試、光電子器件封裝測(cè)試、PCBA電子組裝測(cè)試、汽車電子、航空航天、軍工等等。亦可用于各種電子分析及研究單位失效分析領(lǐng)域以及各類院校教學(xué)和研究。

2、推刀

3、常用工裝夾具

四、測(cè)試流程

步驟一、樣品準(zhǔn)備

將帶有球形凸點(diǎn)的樣品（如BGA芯片）固定在測(cè)試平臺(tái)，確?；逅?。

使用光學(xué)系統(tǒng)定位目標(biāo)凸點(diǎn)，調(diào)整刀具高度至凸點(diǎn)高度的50%~70%處（ASTM F1269推薦）。

步驟二、儀器設(shè)置

選擇ASTM F1269測(cè)試模板，設(shè)置參數(shù)：

測(cè)試速度：50~500μm/s（依材料調(diào)整，默認(rèn)100μm/s）。

剪切方向：平行于基板，刀具與凸點(diǎn)側(cè)壁接觸。

終止條件：力值下降80%（凸點(diǎn)wan全剝離）。

步驟三、執(zhí)行測(cè)試

啟動(dòng)測(cè)試機(jī)，刀具勻速推進(jìn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)力值變化。

記錄最大剪切力（F_max）及失效位置（界面或凸點(diǎn)內(nèi)部）。

步驟四、數(shù)據(jù)分析

計(jì)算剪切強(qiáng)度：

統(tǒng)計(jì)分析同一批次凸點(diǎn)的強(qiáng)度分布，評(píng)估工藝穩(wěn)定性。

步驟五、報(bào)告輸出

生成包含以下內(nèi)容的測(cè)試報(bào)告：

最大剪切力、剪切強(qiáng)度、失效模式。

力-位移曲線及光學(xué)顯微鏡失效圖像。

五、應(yīng)用案例

某半導(dǎo)體廠商采用Alpha W260測(cè)試錫銀焊球（直徑200μm），發(fā)現(xiàn)部分凸點(diǎn)剪切力低于標(biāo)準(zhǔn)值。經(jīng)分析為回流焊溫度不足導(dǎo)致界面結(jié)合不良，優(yōu)化后剪切強(qiáng)度提升35%。

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