[发明专利]单焊球冲击测试仪

说明书

技术领域

[0003]本发明所披露的内容涉及测量和测试，更具体地，涉及对 焊球(焊锡球)以及类似的结构例如球阵列的测试。

背景技术

[0005]球阵列(ball grid arrays，BGAs)广泛应用于电子封装技 术中，因而BGAs与安装基底的封装强度在工业应用上极为重要。工 业上使用称为“单球剪切测试”的测试方法，对于评估焊球质量提供 了一种简单而有效的技术。然而，焊缝的低剪切速率测试得出的实验 观察结果不能准确地用于预测在高应变速率下的焊缝开裂失效现象。 这是因为焊缝的低剪切速率测试不能准确地预测高应变速率下的变 形模式和开裂失效现象。当焊缝承受动态荷载时，由于应变速率的影 响，经常发生脆性断裂，而这种脆性断裂在低应变速率剪切测试时不 会发生。

[0006]所以，需要开发一种改进的测试方法，其能够评估部件的 冲击强度特征，例如提供评估焊缝冲击强度特征的方法。对于需要极 高可靠性的封装设计和制造过程来说，冲击强度特征至关重要。尤其 对于无铅焊料在个人便携电子装置中的应用来说极为重要。

[0007]测试焊球的常规技术使用线性加速系统，以不同速度对焊 球进行剪切。图1A和图1B示意性示出测试仪冲击头朝向焊球移动。 如图1A和图1B所示，测试仪冲击头在直线方向移动相当长的一段 距离。冲击头将以预定速度剪切焊球，导致焊球脱落(图1B)。图 2是示出测量荷载及位移的曲线图。冲击时，记录力与位移的曲线， 得到如图2所示的图表。可在冲击头支架处或基底(安装有焊球)的 夹具处测量荷载。从图2的曲线中可观测到剪切阻力。

发明内容

[0008]通过一种装置对试件施加高速冲击荷载来进行测试，以测 试部件与试件之间连接的抗剪强度。支撑机构使冲击头和试件的一部 分之间对准以接收测试力，并阻止试件和冲击头中至少一个发生相对 移动。旋转驱动机构使冲击头和试件之间相对运动，以在冲击头和试 件之间产生冲击力，测力传感器接收到与所述冲击力成比例的力，并 提供对应的输出。

附图说明

[0010]图1A和图1B是示出测试仪冲击头朝向焊球移动的示意 图。

[0011]图2是示出测量荷载与位移关系的图表。

[0012]图3A和图3B是示出测试仪冲击头朝向焊球进行旋转运 动的示意图，以提供旋转加速系统。

[0013]图4是示出旋转加速系统基本组件的图。

[0014]图5是示出测试仪冲击头与基底上焊球相接合的显微照 片。

[0015]图6是示出测试仪配置的图。

[0016]图7是示出冲击系统和驱动机构的图。

[0017]图8是示出平台和采样系统的示意图。

[0018]图9是示出压电式传感器的电压与时间关系的曲线图。

[0019]图10是示出对玻璃试件进行测试时压电式传感器的电压 与时间关系的曲线图。

[0020]图11、图12和图13是图示封装几何形状和具体信息的 图。

[0021]图14A至图14D是以不同剪切速度进行测试时典型的焊 球开裂表面的SEM显微照片。

[0022]图15是示出荷载-位移关系的曲线图。

[0023]图16是示出不同供应商的封装所获得的塑性断裂、转换 状态断裂、脆性断裂的冲击反应。

具体实施方式

综述

[0026]对于便携式电子设备来说，在高应变冲击下必须具有良好 的焊缝强度。对焊缝进行低剪切速率测试的实验结果不能准确地反映 焊缝在高应变速率下的变形和开裂特性。

[0027]以非限定方式举例说明对焊球进行的测试。将测试装置设 计成测试一个芯片内单个焊球的强度。测试装置能够对单个焊球提供 稳定的冲击速度，同时获得单个焊球的力与位移关系曲线。可通过离 合器获得稳定的速度，通过压电膜进行数据收集。焊球测试实例证实， 这种测试装置能够获得短行程加速、可控的冲击动量，并能够提供准 确的测量。

[0028]这种冲击测试技术可用于多种常规的产品可靠性测试(包 括冲击或力的测量)。此技术可在短距离加速、可控的冲击速度，并 能够提供精确的测量。