片式電阻電容元件焊點(diǎn)剪切強(qiáng)度試驗(yàn)研究

鄧永芳，張麗巍，李曉紅

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十四研究所，重慶 400060）

片式電阻電容元件焊點(diǎn)剪切強(qiáng)度試驗(yàn)研究

鄧永芳，張麗巍，李曉紅

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十四研究所，重慶 400060）

通過(guò)分析片式電阻電容元件焊接后的成形形貌，進(jìn)而分析對(duì)剪切試驗(yàn)結(jié)果的影響，并采用不同的剪切試驗(yàn)進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)驗(yàn)證。

片式電阻電容元件；剪切強(qiáng)度試驗(yàn)；試驗(yàn)驗(yàn)證

引言

在電子技術(shù)的發(fā)展中，電子產(chǎn)品越來(lái)越小型化，集成度越來(lái)越高，由此片式電阻、電容等片式元件使用越來(lái)越廣泛。片式電阻、電容等元件通常采用焊料燒結(jié)或?qū)щ娔z粘接等安裝方式，實(shí)現(xiàn)電路的電氣連接。片式電阻、電容的安裝質(zhì)量，一般可用GJB548方法2019芯片剪切強(qiáng)度、GJB548方法2027芯片粘結(jié)強(qiáng)度、GJB548方法2030芯片粘接的超聲檢測(cè)和GJB548方法2012X射線照相等方法直接進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中，GJB548方法2019芯片剪切強(qiáng)度試驗(yàn)，直接反映片式電阻、電容與基板間的燒接或粘接的質(zhì)量，即反映電阻、電容端頭金屬化的質(zhì)量，或者燒接或粘接工藝控制的質(zhì)量，或者基板上電阻、電容安裝區(qū)域金屬化表面的質(zhì)量。如果燒接或粘接不良，會(huì)引起接觸電阻增大，甚至開(kāi)路，影響電路的參數(shù)性能。因此，研究電阻、電容剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響十分重要和必要。

1 片式電阻、電容剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法的研究分析

1．1 剪切強(qiáng)度試驗(yàn)的工作原理

按GJB 548B-2005《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》方法2011剪切強(qiáng)度試驗(yàn)，其工作原理如圖1所示。固定試驗(yàn)樣品底座，接觸工具把力均勻地加到電阻、電容的一條棱邊（長(zhǎng)邊），使電阻、電容從基板上脫離。

記錄電阻、電容從基板上脫離時(shí)所加力的大小及失效模式。

1．2 片式電阻、電容安裝后的形貌分析及剪切強(qiáng)度試驗(yàn)分析

理想狀態(tài)下，安裝后的片式電阻、電容側(cè)面與基板表面呈垂直狀態(tài)。實(shí)事上，受基板化自身厚度均勻性、基板金屬層厚度均勻性或焊料熔化后厚度均勻性的影響，安裝后的片式電阻、電容側(cè)面不會(huì)與基板表面完全垂直，其典型形貌如圖2所示。

圖1 剪切強(qiáng)度試驗(yàn)原理圖

片式電阻、電容安裝后如圖2所示的形貌中，其剪切試驗(yàn)的接觸工具與片式電阻、電容的接觸如圖3所示。

從圖3可以看出，接觸工具施加到片式電阻、電容的力均施加到電阻、電容的側(cè)面的一條線上，而不是整個(gè)側(cè)面。其中，圖3（a）的接觸工具與片式電阻、電容的接觸部位位于電阻、電容的上半部，遠(yuǎn)離焊接區(qū)域。而圖3（b）的接觸工具與片式電阻、電容的接觸部位位于位于電阻、電容的下半部，靠近焊接區(qū)域。

由于力矩的作用，在剪切強(qiáng)度試驗(yàn)中，施加到片式電阻、電容上半部力會(huì)低于施加到下半部的力。

1．3 剪切強(qiáng)度試驗(yàn)的接觸工具改進(jìn)

為了避免圖3（a）的情況出現(xiàn)，使剪切力有效施加到電阻、電容的下半部，對(duì)剪切強(qiáng)度試驗(yàn)的接觸工具進(jìn)行了修改。接觸工具修改前的形貌如圖4（a）所示，修改后的形貌如圖4（b）所示。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證模型

2．1 接觸工具

1）修改前接觸工具，見(jiàn)圖4（a）所示。

2）修改后接觸工具，見(jiàn)圖4（b）所示。

2．2 試驗(yàn)設(shè)備

1）試驗(yàn)設(shè)備

DAGE4000型鍵合拉力試驗(yàn)機(jī)。

2）剪切試驗(yàn)參數(shù)設(shè)定

最大測(cè)試量程100 N；測(cè)試速度500 mm/s；剪切高度10 mm。

2．3 試驗(yàn)方案

1）樣品底座的夾具方向與剪切力方向平行。

2）樣品夾具固定。

3）樣品模型

由于剪切強(qiáng)度試驗(yàn)為破壞性試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果為一次性數(shù)據(jù)，因此在試驗(yàn)樣品的制備上盡量做到同一狀態(tài)。

為避免樣品帶來(lái)的差異，本次試驗(yàn)樣品的制備——采用工藝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工藝流程，在同一塊基板上、同一種焊料、同時(shí)焊接1210、1206、0805、0603等四種尺寸的電阻、電容元件各20只，共8組樣本160只。

2．4 數(shù)學(xué)模型

采用的數(shù)學(xué)模型：

其中，為均值，xi為第i次采集的數(shù)據(jù)，n為數(shù)據(jù)共采集n次，S為標(biāo)準(zhǔn)差。

假定試驗(yàn)樣品的狀態(tài)為理想狀態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)差s越小，則對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響越小。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

3．1 片式電容試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

圖2 片式電阻、電容安裝后的典型形貌圖

圖3 片式電阻、電容典型剪切試驗(yàn)圖

圖4 接觸工具修改前后的形貌圖

按試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵?，分別用圖4（a）、圖4（b）所示的接觸工具對(duì)1210、1206、0805、0603等四種尺寸的電容元件各10只進(jìn)行剪切強(qiáng)度試驗(yàn)，其結(jié)果的均值、差比等數(shù)據(jù)如表1所示，其對(duì)應(yīng)試驗(yàn)曲線如圖5所示。

從表1和圖5可以看出，接觸工藝修改后，其剪切力均值比修改前有明顯的增大趨勢(shì)，標(biāo)準(zhǔn)差呈減小趨勢(shì)。

表1 片式電容接觸工具修改前后試驗(yàn)結(jié)果

圖5 片式電容試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

3．2 片式電阻試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

按試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵螅謩e用圖4-1、圖4-2所示的接觸工具對(duì)1210、1206、0805、0603等四種尺寸的電阻元件各10只進(jìn)行剪切強(qiáng)度試驗(yàn)，其結(jié)果的均值、差比等數(shù)據(jù)如表2所示，其對(duì)應(yīng)試驗(yàn)曲線如圖6所示。

表2 片式電阻接觸工具修改前后試驗(yàn)結(jié)果

圖6 片式電阻試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

從表2和圖6可以看出，接觸工藝修改后，其剪切力均值比修改前略有增大，標(biāo)準(zhǔn)差呈變小趨勢(shì)。

4 結(jié)果討論

本次試驗(yàn)所用1210、1206、0805、0603等四種尺寸的電容元件的高度分別為2.70 mm、1.80 mm、1.45 mm、0.90 mm，1210、1206、0805、0603等四種尺寸的電阻元件的高度分別為0.55 mm、0.55 mm、0.40 mm、0.30 mm。元件的高度越高，接觸工具對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響越顯著，這兩種接觸工具的差比也越大。

5 結(jié)束語(yǔ)

本次片式電阻、電容的剪切試驗(yàn)方法的研究，我們僅用于對(duì)片式電阻、電容與基板間燒接或粘接的質(zhì)量分析。這種方法能否擴(kuò)展于產(chǎn)品的最終檢驗(yàn)及其DPA試驗(yàn)，還需要進(jìn)一步的分析、討論。

[1] GJB 548B-2005.微電子器件試驗(yàn)方法和程序[S].

[2] 鄧永芳等. 影響剪切強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果的因素研究[J].環(huán)境技術(shù)，2015.10.

[3] 羅輯，趙和義主編. JY電子元器件質(zhì)量管理與質(zhì)量控制[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2004.

Testing Research on Shear Test of Chip Resistor and Capacitor

DENG Yong-fang，ZHANG Li-wei，LI Xiao-hong
(The 24th Research Institute of CETC, Chongqing, 400060)

By analyzing the morphology of the chip resistor and capacitor components after welding, this paper analyzed the effect on the shear test results, and the verification of comparison test is carried out with different shear tests.

chip resistor and capacitor; shear test; test verification

TN306

A

1004-7204(2017)04-0128-04

鄧永芳（1965-），女，1988年畢業(yè)于吉林大學(xué)半導(dǎo)體物理與器件專業(yè)?，F(xiàn)主要從事失效分析及可靠性試驗(yàn)技術(shù)研究。