片式电阻电容元件焊点剪切强度试验研究

邓永芳，张丽巍，李晓红

（中国电子科技集团公司第二十四研究所，重庆 400060）

片式电阻电容元件焊点剪切强度试验研究

邓永芳，张丽巍，李晓红

（中国电子科技集团公司第二十四研究所，重庆 400060）

通过分析片式电阻电容元件焊接后的成形形貌，进而分析对剪切试验结果的影响，并采用不同的剪切试验进行比对试验验证。

片式电阻电容元件；剪切强度试验；试验验证

引言

在电子技术的发展中，电子产品越来越小型化，集成度越来越高，由此片式电阻、电容等片式元件使用越来越广泛。片式电阻、电容等元件通常采用焊料烧结或导电胶粘接等安装方式，实现电路的电气连接。片式电阻、电容的安装质量，一般可用GJB548方法2019芯片剪切强度、GJB548方法2027芯片粘结强度、GJB548方法2030芯片粘接的超声检测和GJB548方法2012X射线照相等方法直接进行评价。其中，GJB548方法2019芯片剪切强度试验，直接反映片式电阻、电容与基板间的烧接或粘接的质量，即反映电阻、电容端头金属化的质量，或者烧接或粘接工艺控制的质量，或者基板上电阻、电容安装区域金属化表面的质量。如果烧接或粘接不良，会引起接触电阻增大，甚至开路，影响电路的参数性能。因此，研究电阻、电容剪切强度试验方法对试验结果的影响十分重要和必要。

1 片式电阻、电容剪切强度试验方法的研究分析

1．1 剪切强度试验的工作原理

按GJB 548B-2005《微电子器件试验方法和程序》方法2011剪切强度试验，其工作原理如图1所示。固定试验样品底座，接触工具把力均匀地加到电阻、电容的一条棱边（长边），使电阻、电容从基板上脱离。

记录电阻、电容从基板上脱离时所加力的大小及失效模式。

1．2 片式电阻、电容安装后的形貌分析及剪切强度试验分析

理想状态下，安装后的片式电阻、电容侧面与基板表面呈垂直状态。实事上，受基板化自身厚度均匀性、基板金属层厚度均匀性或焊料熔化后厚度均匀性的影响，安装后的片式电阻、电容侧面不会与基板表面完全垂直，其典型形貌如图2所示。

图1 剪切强度试验原理图

片式电阻、电容安装后如图2所示的形貌中，其剪切试验的接触工具与片式电阻、电容的接触如图3所示。

从图3可以看出，接触工具施加到片式电阻、电容的力均施加到电阻、电容的侧面的一条线上，而不是整个侧面。其中，图3（a）的接触工具与片式电阻、电容的接触部位位于电阻、电容的上半部，远离焊接区域。而图3（b）的接触工具与片式电阻、电容的接触部位位于位于电阻、电容的下半部，靠近焊接区域。

由于力矩的作用，在剪切强度试验中，施加到片式电阻、电容上半部力会低于施加到下半部的力。

1．3 剪切强度试验的接触工具改进

为了避免图3（a）的情况出现，使剪切力有效施加到电阻、电容的下半部，对剪切强度试验的接触工具进行了修改。接触工具修改前的形貌如图4（a）所示，修改后的形貌如图4（b）所示。

2 试验验证模型

2．1 接触工具

1）修改前接触工具，见图4（a）所示。

2）修改后接触工具，见图4（b）所示。

2．2 试验设备

1）试验设备

DAGE4000型键合拉力试验机。

2）剪切试验参数设定

最大测试量程100 N；测试速度500 mm/s；剪切高度10 mm。

2．3 试验方案

1）样品底座的夹具方向与剪切力方向平行。

2）样品夹具固定。

3）样品模型

由于剪切强度试验为破坏性试验，其试验结果为一次性数据，因此在试验样品的制备上尽量做到同一状态。

为避免样品带来的差异，本次试验样品的制备——采用工艺标准规定的工艺流程，在同一块基板上、同一种焊料、同时焊接1210、1206、0805、0603等四种尺寸的电阻、电容元件各20只，共8组样本160只。

2．4 数学模型

采用的数学模型：

其中，为均值，xi为第i次采集的数据，n为数据共采集n次，S为标准差。

假定试验样品的状态为理想状态，标准差s越小，则对检测结果的影响越小。

3 试验验证结果

3．1 片式电容试验验证结果

图2 片式电阻、电容安装后的典型形貌图

图3 片式电阻、电容典型剪切试验图

图4 接触工具修改前后的形貌图

按试验模型要求，分别用图4（a）、图4（b）所示的接触工具对1210、1206、0805、0603等四种尺寸的电容元件各10只进行剪切强度试验，其结果的均值、差比等数据如表1所示，其对应试验曲线如图5所示。

从表1和图5可以看出，接触工艺修改后，其剪切力均值比修改前有明显的增大趋势，标准差呈减小趋势。

表1 片式电容接触工具修改前后试验结果

图5 片式电容试验验证结果

3．2 片式电阻试验验证结果

按试验模型要求，分别用图4-1、图4-2所示的接触工具对1210、1206、0805、0603等四种尺寸的电阻元件各10只进行剪切强度试验，其结果的均值、差比等数据如表2所示，其对应试验曲线如图6所示。

表2 片式电阻接触工具修改前后试验结果

图6 片式电阻试验验证结果

从表2和图6可以看出，接触工艺修改后，其剪切力均值比修改前略有增大，标准差呈变小趋势。

4 结果讨论

本次试验所用1210、1206、0805、0603等四种尺寸的电容元件的高度分别为2.70 mm、1.80 mm、1.45 mm、0.90 mm，1210、1206、0805、0603等四种尺寸的电阻元件的高度分别为0.55 mm、0.55 mm、0.40 mm、0.30 mm。元件的高度越高，接触工具对试验结果的影响越显著，这两种接触工具的差比也越大。

5 结束语

本次片式电阻、电容的剪切试验方法的研究，我们仅用于对片式电阻、电容与基板间烧接或粘接的质量分析。这种方法能否扩展于产品的最终检验及其DPA试验，还需要进一步的分析、讨论。

[1] GJB 548B-2005.微电子器件试验方法和程序[S].

[2] 邓永芳等. 影响剪切强度试验结果的因素研究[J].环境技术，2015.10.

[3] 罗辑，赵和义主编. JY电子元器件质量管理与质量控制[M].北京：国防工业出版社，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

邓永芳（1965-），女，1988年毕业于吉林大学半导体物理与器件专业。现主要从事失效分析及可靠性试验技术研究。