隨著電子封裝技術向高密度、微型化方向發展，底部端子陶瓷封裝(BTC)器件因其優異的散熱性能和緊湊的結構設計，在功率電子、汽車電子等領域得到廣泛應用。然而，大尺寸陶瓷BTC器件由於陶瓷與PCB基板間熱膨脹係數(CTE)失配顯著，在溫度循環載荷下焊點極易產生疲勞失效，嚴重影響器件可靠性。

 

91香蕉视频污污測控團隊針對這一關鍵技術問題，采用Alpha W260推拉力測試機係統開展焊點力學性能評估與失效機理研究，為優化封裝設計、提高產品可靠性提供數據支撐。本研究結合國際標準測試方法，建立了完整的焊點強度測試流程與失效分析方案，對推動大尺寸陶瓷BTC器件的工程應用具有重要意義。

 

一、焊點失效分析原理

1、熱機械疲勞理論：

陶瓷BTC器件焊點失效主要源於熱循環過程中的應力應變累積。陶瓷材料(CTE≈6-8ppm/℃)與FR-4基板(CTE≈16-18ppm/℃)的熱膨脹差異導致溫度變化時產生剪切應變，其大小可通過2、Engelmaier模型計算：

γ = (Δα·ΔT·L)/(2h)

其中Δα為CTE差異，ΔT為溫度變化範圍，L為芯片到中性點距離，h為焊點高度。

3、界麵斷裂力學：

焊點失效模式通常表現為：

界麵失效(IMC層斷裂)

焊料本體斷裂

混合型失效

通過推拉力測試可定量評估界麵結合強度，結合斷口形貌分析確定失效機理。

 

二、測試標準依據

1、國際標準

JESD22-B117A：半導體器件焊球剪切測試標準

IPC-9701：表麵貼裝焊點可靠性測試方法

MIL-STD-883 Method 2019：微電子器件鍵合強度測試

2、關鍵參數要求：

| 參數 | 標準值 | 備注 |

|------|--------|------|

| 測試速度 | 100-500μm/s | JESD22推薦 |

| 剪切高度 | 焊球高度25-50% | 避免基板幹擾 |

| 最小樣本量 | 15pcs/條件 | 統計學有效性 |

 

三、測試儀器配置

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，特別適合半導體芯片鍵合強度的測試需求：

1、設備特點

高精度：全量程采用自主研發的高精度數據采集係統，確保測試數據的準確性。

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，支持多種數據輸出格式，能夠完美匹配工廠的SPC網絡係統。

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

自動數據采集

SPC統計分析

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、夾具係統

多種規格的剪切工具（適用於不同尺寸焊球） 

鉤型拉力夾具 

定製化夾具解決方案

四、測試分析流程

1、樣品製備

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檢測確認無空洞缺陷(要求<5%)

2、測試程序 

3、關鍵步驟

使用激光測高儀精確控製刀頭間隙(±10μm)

采用三點支撐夾具消除基板變形影響

每組測試至少20個有效數據點

4、數據分析

計算平均剪切力、標準偏差

Weibull分布分析(形狀參數β>3表示脆性失效)

SEM/EDS分析失效界麵成分

 

五、典型結果與討論

某7×7mm陶瓷BTC器件測試數據： 

結果表明：

高溫下強度下降32.4%，符合Arrhenius關係

斷口形貌顯示界麵處存在過厚的Cu6Sn5 IMC層(>5μm)

優化建議：控製回流時間在60-90s，峰值溫度245±5℃

 

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