在半導體封裝工藝中，焊球（Solder Ball）的可靠性直接影響芯片的性能和壽命。為確保焊球的機械強度符合要求，球形剪切測試（Ball Shear Test） 成為關鍵的質量檢測手段之一。科準測控依據 JEDEC JESD22-B116 標準，采用 Alpha W260 推拉力測試機進行高精度測試，評估焊球的剪切強度，為半導體封裝工藝提供可靠的數據支持。

本文將詳細介紹球形剪切測試的原理、標準、儀器設備及測試流程，幫助行業同仁更好地理解和應用該測試方法。

一、測試原理

球形剪切測試是通過施加水平剪切力，使焊球在基板或芯片表面發生斷裂，從而測量其最大剪切力（Shear Force） 和失效模式（Failure Mode）。測試過程中，推刀（Shear Tool）以恒定速度推動焊球，直至其脫落或斷裂。通過分析剪切力曲線，可以評估焊球的焊接質量、界面結合強度以及可能存在的工藝缺陷（如虛焊、脆性斷裂等）。

關鍵參數：

剪切力（Shear Force）：焊球被剪斷時的最大力值（單位：gf 或 N）。

剪切高度（Shear Height）：推刀距離基板的高度（通常為焊球高度的25%）。

失效模式：包括焊球斷裂、界面剝離、基板損傷等。

二、測試標準（JEDEC JESD22-B116）

JEDEC JESD22-B116 是半導體行業廣泛采用的焊球剪切測試標準，規定了測試條件、設備要求和數據分析方法。

主要要求：

剪切速度：通常為 100-500 μm/s，具體取決于焊球尺寸和材料。

剪切高度：推刀距離基板的高度為焊球高度的 20%-30%（避免基板干擾）。

測試環境：常溫（25°C）或高溫（如 150°C、260°C）下進行，以模擬實際應用條件。

數據記錄：需記錄最大剪切力、位移曲線及失效模式。

三、測試儀器

1、Alpha W260 推拉力測試機

Alpha W260 是一款高精度推拉力測試機，專為半導體封裝焊球剪切、引線鍵合拉力測試等設計，具有高分辨率力和位移傳感器，確保測試數據的準確性。

儀器特點：

多軸運動控制：X/Y/Z三軸精密定位

智能測試軟件：支持自動測試、數據統計和CPK分析

儀器配備專用剪切夾具，可實現對焊球的非破壞性和破壞性測試。

高精度光學定位系統，確保測試位置準確性。

2、常用剪切工具

3、工裝夾具

四、測試流程

步驟一、樣品準備

將待測芯片或基板固定在測試臺上，確保焊球處于水平位置。

使用顯微鏡調整推刀位置，使其對準焊球邊緣。

步驟二、參數設置

根據 JESD22-B116 設置剪切高度（如焊球高度的25%）。

設定剪切速度（如 200 μm/s）。

步驟三、執行測試

啟動設備，推刀以恒定速度推動焊球，直至其斷裂。

系統自動記錄最大剪切力和位移曲線。

步驟四、數據分析

檢查剪切力是否在合格范圍內（如 ≥ 標準要求的最小值）。

觀察失效模式（理想情況為焊球內部斷裂，而非界面剝離）。

步驟五、報告生成

導出測試數據，生成包含剪切力、失效模式和統計分析的報告。

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