片式電阻電容元件焊點剪切強度試驗研究

鄧永芳，張麗巍，李曉紅

（中國電子科技集團公司第二十四研究所，重慶 400060）

片式電阻電容元件焊點剪切強度試驗研究

鄧永芳，張麗巍，李曉紅

（中國電子科技集團公司第二十四研究所，重慶 400060）

通過分析片式電阻電容元件焊接后的成形形貌，進而分析對剪切試驗結果的影響，并采用不同的剪切試驗進行比對試驗驗證。

片式電阻電容元件；剪切強度試驗；試驗驗證

引言

在電子技術的發(fā)展中，電子產品越來越小型化，集成度越來越高，由此片式電阻、電容等片式元件使用越來越廣泛。片式電阻、電容等元件通常采用焊料燒結或導電膠粘接等安裝方式，實現電路的電氣連接。片式電阻、電容的安裝質量，一般可用GJB548方法2019芯片剪切強度、GJB548方法2027芯片粘結強度、GJB548方法2030芯片粘接的超聲檢測和GJB548方法2012X射線照相等方法直接進行評價。其中，GJB548方法2019芯片剪切強度試驗，直接反映片式電阻、電容與基板間的燒接或粘接的質量，即反映電阻、電容端頭金屬化的質量，或者燒接或粘接工藝控制的質量，或者基板上電阻、電容安裝區(qū)域金屬化表面的質量。如果燒接或粘接不良，會引起接觸電阻增大，甚至開路，影響電路的參數性能。因此，研究電阻、電容剪切強度試驗方法對試驗結果的影響十分重要和必要。

1 片式電阻、電容剪切強度試驗方法的研究分析

1．1 剪切強度試驗的工作原理

按GJB 548B-2005《微電子器件試驗方法和程序》方法2011剪切強度試驗，其工作原理如圖1所示。固定試驗樣品底座，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度試驗分析

理想狀態(tài)下，安裝后的片式電阻、電容側面與基板表面呈垂直狀態(tài)。實事上，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、電容側面不會與基板表面完全垂直，其典型形貌如圖2所示。

圖1 剪切強度試驗原理圖

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、電容的側面的一條線上，而不是整個側面。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，在剪切強度試驗中，施加到片式電阻、電容上半部力會低于施加到下半部的力。

1．3 剪切強度試驗的接觸工具改進

為了避免圖3（a）的情況出現，使剪切力有效施加到電阻、電容的下半部，對剪切強度試驗的接觸工具進行了修改。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 試驗驗證模型

2．1 接觸工具

1）修改前接觸工具，見圖4（a）所示。

2）修改后接觸工具，見圖4（b）所示。

2．2 試驗設備

1）試驗設備

DAGE4000型鍵合拉力試驗機。

2）剪切試驗參數設定

最大測試量程100 N；測試速度500 mm/s；剪切高度10 mm。

2．3 試驗方案

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

由于剪切強度試驗為破壞性試驗，其試驗結果為一次性數據，因此在試驗樣品的制備上盡量做到同一狀態(tài)。

為避免樣品帶來的差異，本次試驗樣品的制備——采用工藝標準規(guī)定的工藝流程，在同一塊基板上、同一種焊料、同時焊接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 數學模型

采用的數學模型：

其中，為均值，xi為第i次采集的數據，n為數據共采集n次，S為標準差。

假定試驗樣品的狀態(tài)為理想狀態(tài)，標準差s越小，則對檢測結果的影響越小。

3 試驗驗證結果

3．1 片式電容試驗驗證結果

圖2 片式電阻、電容安裝后的典型形貌圖

圖3 片式電阻、電容典型剪切試驗圖

圖4 接觸工具修改前后的形貌圖

按試驗模型要求，分別用圖4（a）、圖4（b）所示的接觸工具對1210、1206、0805、0603等四種尺寸的電容元件各10只進行剪切強度試驗，其結果的均值、差比等數據如表1所示，其對應試驗曲線如圖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，標準差呈減小趨勢。

表1 片式電容接觸工具修改前后試驗結果

圖5 片式電容試驗驗證結果

3．2 片式電阻試驗驗證結果

按試驗模型要求，分別用圖4-1、圖4-2所示的接觸工具對1210、1206、0805、0603等四種尺寸的電阻元件各10只進行剪切強度試驗，其結果的均值、差比等數據如表2所示，其對應試驗曲線如圖6所示。

表2 片式電阻接觸工具修改前后試驗結果

圖6 片式電阻試驗驗證結果

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，標準差呈變小趨勢。

4 結果討論

本次試驗所用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，接觸工具對試驗結果的影響越顯著，這兩種接觸工具的差比也越大。

5 結束語

本次片式電阻、電容的剪切試驗方法的研究，我們僅用于對片式電阻、電容與基板間燒接或粘接的質量分析。這種方法能否擴展于產品的最終檢驗及其DPA試驗，還需要進一步的分析、討論。

[1] GJB 548B-2005.微電子器件試驗方法和程序[S].

[2] 鄧永芳等. 影響剪切強度試驗結果的因素研究[J].環(huán)境技術，2015.10.

[3] 羅輯，趙和義主編. JY電子元器件質量管理與質量控制[M].北京：國防工業(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)于吉林大學半導體物理與器件專業(yè)?，F主要從事失效分析及可靠性試驗技術研究。