随着电子封装技术向高密度、微型化方向发展，底部端子陶瓷封装(BTC)器件因其优异的散热性能和紧凑的结构设计，在功率电子、汽车电子等领域得到广泛应用。然而，大尺寸陶瓷BTC器件由于陶瓷与PCB基板间热膨胀系数(CTE)失配显著，在温度循环载荷下焊点极易产生疲劳失效，严重影响器件可靠性。

 

樱花草在线影视www中文字幕测控团队针对这一关键技术问题，采用Alpha W260推拉力测试机系统开展焊点力学性能评估与失效机理研究，为优化封装设计、提高产品可靠性提供数据支撑。本研究结合国际标准测试方法，建立了完整的焊点强度测试流程与失效分析方案，对推动大尺寸陶瓷BTC器件的工程应用具有重要意义。

 

一、焊点失效分析原理

1、热机械疲劳理论：

陶瓷BTC器件焊点失效主要源于热循环过程中的应力应变累积。陶瓷材料(CTE≈6-8ppm/℃)与FR-4基板(CTE≈16-18ppm/℃)的热膨胀差异导致温度变化时产生剪切应变，其大小可通过2、Engelmaier模型计算：

γ = (Δα·ΔT·L)/(2h)

其中Δα为CTE差异，ΔT为温度变化范围，L为芯片到中性点距离，h为焊点高度。

3、界面断裂力学：

焊点失效模式通常表现为：

界面失效(IMC层断裂)

焊料本体断裂

混合型失效

通过推拉力测试可定量评估界面结合强度，结合断口形貌分析确定失效机理。

 

二、测试标准依据

1、国际标准

JESD22-B117A：半导体器件焊球剪切测试标准

IPC-9701：表面贴装焊点可靠性测试方法

MIL-STD-883 Method 2019：微电子器件键合强度测试

2、关键参数要求：

| 参数 | 标准值 | 备注 |

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

| 测试速度 | 100-500μm/s | JESD22推荐 |

| 剪切高度 | 焊球高度25-50% | 避免基板干扰 |

| 最小样本量 | 15pcs/条件 | 统计学有效性 |

 

三、测试仪器配置

1、Alpha W260推拉力测试机 

Alpha W260推拉力测试机是专为微电子封装可靠性测试设计的高精度设备，特别适合半导体芯片键合强度的测试需求：

1、设备特点

高精度：全量程采用自主研发的高精度数据采集系统，确保测试数据的准确性。

功能性：支持多种测试模式，如晶片推力测试、金球推力测试、金线拉力测试以及剪切力测试等。

操作便捷：配备专用软件，操作简单，支持多种数据输出格式，能够完美匹配工厂的SPC网络系统。

2、多功能测试能力

支持拉力/剪切/推力测试

模块化设计灵活配置

3、智能化操作

自动数据采集

SPC统计分析

一键报告生成

4、安全可靠设计

独立安全限位

自动模组识别

防误撞保护

5、夹具系统

多种规格的剪切工具（适用于不同尺寸焊球） 

钩型拉力夹具 

定制化夹具解决方案

四、测试分析流程

1、样品制备

选择代表性BTC器件(典型尺寸10×10mm)

采用回流焊工艺(SAC305焊料)组装至FR-4基板

X-ray检测确认无空洞缺陷(要求<5%)

2、测试程序 

3、关键步骤

使用激光测高仪精确控制刀头间隙(±10μm)

采用三点支撑夹具消除基板变形影响

每组测试至少20个有效数据点

4、数据分析

计算平均剪切力、标准偏差

Weibull分布分析(形状参数β>3表示脆性失效)

SEM/EDS分析失效界面成分

 

五、典型结果与讨论

某7×7mm陶瓷BTC器件测试数据： 

结果表明：

高温下强度下降32.4%，符合Arrhenius关系

断口形貌显示界面处存在过厚的Cu6Sn5 IMC层(>5μm)

优化建议：控制回流时间在60-90s，峰值温度245±5℃

 

以上就是小编介绍的有关于大尺寸陶瓷BTC器件焊点失效分析标准与方法的相关内容了，希望可以给大家带来帮助。如果您还对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，欢迎关注樱花草在线影视www中文字幕，也可以给樱花草在线影视www中文字幕私信和留言。【樱花草在线影视www中文字幕测控】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。