JEDECSTANDARDSolder Ball Shear錫球剪切JESD22-B117A(Revision of JESD22-B117, July 2000)OCTOBER 2006JEDEC SOLID STATE TECHNOLOGY ASSOCIATION測試方法B117：錫球剪切（從JEDEC委員會選票及JCB-06-37制定下，對包裝設備的可靠性試驗方法由JC-14.1小組委員會認定。）1 范圍這種測試方法適用于焊球結束前使用的附著物剪切力測試。焊球分別剪切;力量和失效模式下的數據收集和分析。在本文件包括低速和高速測試。這個試驗的目的是進行評估錫球能夠承受機械剪切的能力，可能在器件制造、處理、檢驗、運輸和最終使用的作用力。焊料球剪切是一種破壞性試驗。2 術語和定義剪切力：適用于一個方向平行于設備平面到焊料球的力量。測試儀器：測試儀器用于應用剪切力焊錫球。剪切工具：一個剛硬的工具，直接對著在焊球剪切（見圖1）。剪切工具集成了傳感元件，使剪切力可以測量。剪切工具支架：設備平面和剪切工具刀之間的距離（見圖1）。夾具：剪切測試時夾具固定焊球在設備上（見圖5）。剪切速度：剪切刀具移動速率去剪焊錫球。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，但可以超出這個范圍。回流后經過時間：焊球剪切和焊料球最后回流之間經過的時間。失效模式：類型或錫球剪切后觀察到的失效位置。后壓力測試：錫球剪切后進行可靠性評估，如溫度循環或高溫儲存壓力測試。3 儀器剪切力測量設備應使用經過校準的傳感器或傳感元件。應進行定期校準，以確保精度長期一致。建議設備的最大負載能力至少為測量球在被測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，或用于通用負載偏移量測試儀器。該設備必須能夠有施加到錫球的應用和記錄。該設備必須有能力用于一個已知位移速率的負載能力。單個的設備可能需要執行低速和高速剪切試驗。4 程序4.1 一般剪切工具和測試樣品安裝在試驗裝置，這樣的錫球將由一個方向平行于平面剪切。該裝置定位時當心不要損壞錫球。在一定范圍內剪切的焊料球和設備的足夠數量，為適當的測試目的，確保了被證實的部分統計有效的數量，并反映成本/生產上的限制。根據失效分布，期望度，置信度，和其他相關參數，錫球樣品數量如22，30，45等，和設備的數量為3，5等，樣品量可適當。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，以及剪切試驗和最后焊球回流時間。為了確保有效的比較試驗結果，同樣的剪切速率，剪切工具支架和回流時間應使用任何特定大量測試。4.2 錫球組成這種測試方法適用于任何焊接球組成（錫鉛，錫銀銅等）或結構類型（均質合金焊料，錫涂層有機或金屬芯等）。替代失效模式評估類別可能需要一些錫球結構。4.3 基材樣品基體材料可以是有機或無機（陶瓷，硅等）組成，以及任何表面安裝結構（BGA, CSP等）。4.4 前提條件如果由供應商和客戶之間的協議的要求，樣品器件應過適當回流焊曲線后再做錫球剪切試驗。回流前器件潮濕不做要求; 如果在錫球連接區嚴重性的破壞發生時，器件回流前應烘烤。回流的焊料球的總數應記錄和保存與試驗樣品比較應是一致的。4.5 夾具該夾具的設計必須防止試驗設備運動在所有軸，并確保該設備平面保持平行于刀具方向（見圖5）。該夾具應保持樣品的固定且沒有變形或扭曲。夾具是硬性連接的機器特別適用于高速剪切試驗，最小化任何位移或變形，以避免激發在測試設備的測試頻率共振。夾緊裝置例子見圖5，夾具可實現多種夾緊方式，包括可容納多個器件尺寸的定制夾具，以及分帶或載體設備。4.6 樣品制備在進行測試之前，錫球應目視檢查，以確保它們是正確形狀，沒有污染物或殘留的助焊劑，做代表性測試。依靠特殊的剪切試驗儀器規定參數，焊球相鄰被測球（在剪切工具行進路徑內）可能首先需要從該樣品中移除。如果相鄰的錫球需移除，剩余的焊錫高度應足夠低，以確保剪切工具在整個路徑中不接觸殘留焊錫。錫球必須保留足夠數量的樣品制備，以確保樣本量的要求仍然在實際剪切試驗得到滿足。見圖2和3分別用于低速和高速剪切試驗樣品的準備典型的例子。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構成。剪切工具應關注的錫球的寬度，因此在剪切試驗過程中不會干擾相鄰焊球。剪切工具相對于器件的平面應905。對齊剪切工具，使其接觸焊料球（見圖1）。剪切工具支架應不大于錫球高度的25（10首選），并確保剪切工具不接觸整個監控剪切工具行程的表面。最好的對齊是使平臺/工具可移動，它允許在垂直平滿方向運動。必須特別注意確保所測試的錫球不是在初始設置操作。剪切刀具磨損（見圖4）由于長時間使用可能會影響測試結果。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和/或失效模式。磨損特性（刻痕，鑿槽，圓角等），光學檢測下觀察到比測試錫球高度較大約10，可能需要對測試結果的影響進行調查。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常體現出剪切速度的敏感性。因此同樣的剪切速度應用于所有的比較實驗。根據不同的焊點失效模式在實際器件組裝和操作時，無論是低速（條件A）或高速（條件B）剪切試驗可以證明更合適的焊點完整性評估工具。4.8.1 低速剪切 - 條件A低速剪切試驗通常是在速度從0.0001 - 0.0008米/秒范圍內進行（100 - 800微米/秒）。4.8.2 高速剪切 - 條件B高速剪切測試通常是在速度從0.01 - 1.0米/秒范圍內進行，但可能會超出這個范圍。高速剪切測試可能會導致界面斷裂的發生率高于低速剪切試驗，并可能是更有效的評估方法對斷裂強度的影響。焊剪切強度通常隨剪切速度增加，因此錫球剪切驗收標準可能有所不同，根據剪切速度而定。另外參數如此時最大負荷和能量也可以收集和/或計算以提高高速斷裂強度的表征。在多個剪切速度測試也可以引導界定剪切強度和剪切速度失效模式依賴性，并幫助建立一個最佳的測試剪切速度為將來的測試。4.9 剪切力測試數據匯總（見附件A）應包括記錄焊球剪切力值的最小，最大，平均和標準偏差。最大剪切負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/焊接面結構應包括有代表性的剪切數據，并記錄參數。經過足夠測試的數據，基于代表性的均值和標準差應該建立失效標準。焊球剪切值應滿足的最小水平，由實際用途而定。4.10 失效模式對于每一個球剪切，記錄失效模式（見附件一）。剪切設備的光學系統可優化剪切工具的定向但不可決定失效模式。如果低于預期值，或焊球剪切混合失效模式出現，建議對斷裂面進行詳細檢查。詳細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。在某些情況下，需要如EDX和SEM等技術確定具體的斷裂面。有四種典型的失效模式（對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，對齊或速度，會導致剪切試驗結果應失效；更換焊球樣品進行測試和評估。如果多個故障模式是在一個單一的焊點的觀察到時，這個主要失效模式應該作為失效模式測試的記錄。附錄A（資料）樣本數據報告格式表A.1 示例資格Lot報告（特使有機設備）參數值單位樣品類型（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