JESD22-B117A中文版.doc

JEDECSTANDARDSolder Ball Shear錫球剪切JESD22-B117A(Revision of JESD22-B117, July 2000)OCTOBER 2006JEDEC SOLID STATE TECHNOLOGY ASSOCIATION測(cè)試方法B117：錫球剪切（從JEDEC委員會(huì)選票及JCB-06-37制定下，對(duì)包裝設(shè)備的可靠性試驗(yàn)方法由JC-14.1小組委員會(huì)認(rèn)定。）1 范圍這種測(cè)試方法適用于焊球結(jié)束前使用的附著物剪切力測(cè)試。焊球分別剪切;力量和失效模式下的數(shù)據(jù)收集和分析。在本文件包括低速和高速測(cè)試。這個(gè)試驗(yàn)的目的是進(jìn)行評(píng)估錫球能夠承受機(jī)械剪切的能力，可能在器件制造、處理、檢驗(yàn)、運(yùn)輸和最終使用的作用力。焊料球剪切是一種破壞性試驗(yàn)。2 術(shù)語和定義剪切力：適用于一個(gè)方向平行于設(shè)備平面到焊料球的力量。測(cè)試儀器：測(cè)試儀器用于應(yīng)用剪切力焊錫球。剪切工具：一個(gè)剛硬的工具，直接對(duì)著在焊球剪切（見圖1）。剪切工具集成了傳感元件，使剪切力可以測(cè)量。剪切工具支架：設(shè)備平面和剪切工具刀之間的距離（見圖1）。夾具：剪切測(cè)試時(shí)夾具固定焊球在設(shè)備上（見圖5）。剪切速度：剪切刀具移動(dòng)速率去剪焊錫球。低速剪切：剪切速度通常是0.0001 - 0.0008米/秒（100 - 800微米/秒）。高速剪切：剪切速度是一般為0.01 - 1.0米/秒，但可以超出這個(gè)范圍。回流后經(jīng)過時(shí)間：焊球剪切和焊料球最后回流之間經(jīng)過的時(shí)間。失效模式：類型或錫球剪切后觀察到的失效位置。后壓力測(cè)試：錫球剪切后進(jìn)行可靠性評(píng)估，如溫度循環(huán)或高溫儲(chǔ)存壓力測(cè)試。3 儀器剪切力測(cè)量設(shè)備應(yīng)使用經(jīng)過校準(zhǔn)的傳感器或傳感元件。應(yīng)進(jìn)行定期校準(zhǔn)，以確保精度長(zhǎng)期一致。建議設(shè)備的最大負(fù)載能力至少為測(cè)量球在被測(cè)試部分的剪切最大值的10。該儀器可專門用于焊球剪切試驗(yàn)，或用于通用負(fù)載偏移量測(cè)試儀器。該設(shè)備必須能夠有施加到錫球的應(yīng)用和記錄。該設(shè)備必須有能力用于一個(gè)已知位移速率的負(fù)載能力。單個(gè)的設(shè)備可能需要執(zhí)行低速和高速剪切試驗(yàn)。4 程序4.1 一般剪切工具和測(cè)試樣品安裝在試驗(yàn)裝置，這樣的錫球?qū)⒂梢粋€(gè)方向平行于平面剪切。該裝置定位時(shí)當(dāng)心不要損壞錫球。在一定范圍內(nèi)剪切的焊料球和設(shè)備的足夠數(shù)量，為適當(dāng)?shù)臏y(cè)試目的，確保了被證實(shí)的部分統(tǒng)計(jì)有效的數(shù)量，并反映成本/生產(chǎn)上的限制。根據(jù)失效分布，期望度，置信度，和其他相關(guān)參數(shù)，錫球樣品數(shù)量如22，30，45等，和設(shè)備的數(shù)量為3，5等，樣品量可適當(dāng)。剪切力和/或失效模式可能是敏感的剪切速率，剪切工具支架，以及剪切試驗(yàn)和最后焊球回流時(shí)間。為了確保有效的比較試驗(yàn)結(jié)果，同樣的剪切速率，剪切工具支架和回流時(shí)間應(yīng)使用任何特定大量測(cè)試。4.2 錫球組成這種測(cè)試方法適用于任何焊接球組成（錫鉛，錫銀銅等）或結(jié)構(gòu)類型（均質(zhì)合金焊料，錫涂層有機(jī)或金屬芯等）。替代失效模式評(píng)估類別可能需要一些錫球結(jié)構(gòu)。4.3 基材樣品基體材料可以是有機(jī)或無機(jī)（陶瓷，硅等）組成，以及任何表面安裝結(jié)構(gòu)（BGA, CSP等）。4.4 前提條件如果由供應(yīng)商和客戶之間的協(xié)議的要求，樣品器件應(yīng)過適當(dāng)回流焊曲線后再做錫球剪切試驗(yàn)?；亓髑捌骷睗癫蛔鲆? 如果在錫球連接區(qū)嚴(yán)重性的破壞發(fā)生時(shí)，器件回流前應(yīng)烘烤?；亓鞯暮噶锨虻目倲?shù)應(yīng)記錄和保存與試驗(yàn)樣品比較應(yīng)是一致的。4.5 夾具該夾具的設(shè)計(jì)必須防止試驗(yàn)設(shè)備運(yùn)動(dòng)在所有軸，并確保該設(shè)備平面保持平行于刀具方向（見圖5）。該夾具應(yīng)保持樣品的固定且沒有變形或扭曲。夾具是硬性連接的機(jī)器特別適用于高速剪切試驗(yàn)，最小化任何位移或變形，以避免激發(fā)在測(cè)試設(shè)備的測(cè)試頻率共振。夾緊裝置例子見圖5，夾具可實(shí)現(xiàn)多種夾緊方式，包括可容納多個(gè)器件尺寸的定制夾具，以及分帶或載體設(shè)備。4.6 樣品制備在進(jìn)行測(cè)試之前，錫球應(yīng)目視檢查，以確保它們是正確形狀，沒有污染物或殘留的助焊劑，做代表性測(cè)試。依靠特殊的剪切試驗(yàn)儀器規(guī)定參數(shù)，焊球相鄰被測(cè)球（在剪切工具行進(jìn)路徑內(nèi)）可能首先需要從該樣品中移除。如果相鄰的錫球需移除，剩余的焊錫高度應(yīng)足夠低，以確保剪切工具在整個(gè)路徑中不接觸殘留焊錫。錫球必須保留足夠數(shù)量的樣品制備，以確保樣本量的要求仍然在實(shí)際剪切試驗(yàn)得到滿足。見圖2和3分別用于低速和高速剪切試驗(yàn)樣品的準(zhǔn)備典型的例子。4.7 剪切工具剪切工具須以淬火鋼，陶瓷或其他非柔軟物質(zhì)構(gòu)成。剪切工具應(yīng)關(guān)注的錫球的寬度，因此在剪切試驗(yàn)過程中不會(huì)干擾相鄰焊球。剪切工具相對(duì)于器件的平面應(yīng)905。對(duì)齊剪切工具，使其接觸焊料球（見圖1）。剪切工具支架應(yīng)不大于錫球高度的25（10首選），并確保剪切工具不接觸整個(gè)監(jiān)控剪切工具行程的表面。最好的對(duì)齊是使平臺(tái)/工具可移動(dòng)，它允許在垂直平滿方向運(yùn)動(dòng)。必須特別注意確保所測(cè)試的錫球不是在初始設(shè)置操作。剪切刀具磨損（見圖4）由于長(zhǎng)時(shí)間使用可能會(huì)影響測(cè)試結(jié)果。如果刀尖明顯過度磨損跡象表明剪切工具將被替換，影響改變剪切力讀數(shù)和/或失效模式。磨損特性（刻痕，鑿槽，圓角等），光學(xué)檢測(cè)下觀察到比測(cè)試錫球高度較大約10，可能需要對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響進(jìn)行調(diào)查。4.8 剪切速度裝載的焊球以恒定速率并記錄剪切速度。記錄的剪切力和持續(xù)加載剪切力直到失效最大值至少25，或直至剪切工具的行程（撞擊后）超過焊球直徑。這兩種剪切力和失效模式經(jīng)常體現(xiàn)出剪切速度的敏感性。因此同樣的剪切速度應(yīng)用于所有的比較實(shí)驗(yàn)。根據(jù)不同的焊點(diǎn)失效模式在實(shí)際器件組裝和操作時(shí)，無論是低速（條件A）或高速（條件B）剪切試驗(yàn)可以證明更合適的焊點(diǎn)完整性評(píng)估工具。4.8.1 低速剪切 - 條件A低速剪切試驗(yàn)通常是在速度從0.0001 - 0.0008米/秒范圍內(nèi)進(jìn)行（100 - 800微米/秒）。4.8.2 高速剪切 - 條件B高速剪切測(cè)試通常是在速度從0.01 - 1.0米/秒范圍內(nèi)進(jìn)行，但可能會(huì)超出這個(gè)范圍。高速剪切測(cè)試可能會(huì)導(dǎo)致界面斷裂的發(fā)生率高于低速剪切試驗(yàn)，并可能是更有效的評(píng)估方法對(duì)斷裂強(qiáng)度的影響。焊剪切強(qiáng)度通常隨剪切速度增加，因此錫球剪切驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)可能有所不同，根據(jù)剪切速度而定。另外參數(shù)如此時(shí)最大負(fù)荷和能量也可以收集和/或計(jì)算以提高高速斷裂強(qiáng)度的表征。在多個(gè)剪切速度測(cè)試也可以引導(dǎo)界定剪切強(qiáng)度和剪切速度失效模式依賴性，并幫助建立一個(gè)最佳的測(cè)試剪切速度為將來的測(cè)試。4.9 剪切力測(cè)試數(shù)據(jù)匯總（見附件A）應(yīng)包括記錄焊球剪切力值的最小，最大，平均和標(biāo)準(zhǔn)偏差。最大剪切負(fù)荷將取決于焊接類型、球的大小、焊盤尺寸、阻焊開窗和裸露焊盤形狀。因此從焊料成分和球/墊/焊接面結(jié)構(gòu)應(yīng)包括有代表性的剪切數(shù)據(jù)，并記錄參數(shù)。經(jīng)過足夠測(cè)試的數(shù)據(jù)，基于代表性的均值和標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)該建立失效標(biāo)準(zhǔn)。焊球剪切值應(yīng)滿足的最小水平，由實(shí)際用途而定。4.10 失效模式對(duì)于每一個(gè)球剪切，記錄失效模式（見附件一）。剪切設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)可優(yōu)化剪切工具的定向但不可決定失效模式。如果低于預(yù)期值，或焊球剪切混合失效模式出現(xiàn)，建議對(duì)斷裂面進(jìn)行詳細(xì)檢查。詳細(xì)的檢查斷裂通常需要最少使用100倍顯微鏡，也許需要更高的放大倍數(shù)。在某些情況下，需要如EDX和SEM等技術(shù)確定具體的斷裂面。有四種典型的失效模式（對(duì)于普通板的失效模式的例子，如表4.1所示）。由于不正確的剪切工具支架，對(duì)齊或速度，會(huì)導(dǎo)致剪切試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)失效；更換焊球樣品進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估。如果多個(gè)故障模式是在一個(gè)單一的焊點(diǎn)的觀察到時(shí)，這個(gè)主要失效模式應(yīng)該作為失效模式測(cè)試的記錄。附錄A（資料）樣本數(shù)據(jù)報(bào)告格式表A.1 示例資格Lot報(bào)告（特使有機(jī)設(shè)備）參數(shù)值單位樣品類型（BGA、CSP等）錫球成分（Sn37Pb, Sn3Ag0.5Cu等）樣品基材（層壓材料、疊板等）Pad表面處理（ENI