隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和5G通信等新興技術(shù)的快速發(fā)展，電子元器件正朝著更輕、更小、更高性能的方向演進(jìn)。在這一背景下，銅柱凸點(diǎn)(Copper Pillar Bump, CPB)技術(shù)作為先進(jìn)封裝互連方案，因其獨(dú)te的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能而備受關(guān)注。
本文科準(zhǔn)測(cè)控小編將介紹銅柱凸點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、制備工藝，并重點(diǎn)探討了使用Alpha W260推拉力測(cè)試儀等設(shè)備進(jìn)行可靠性測(cè)試的原理、標(biāo)準(zhǔn)及流程，為行業(yè)同仁提供全面的技術(shù)參考和應(yīng)用指導(dǎo)。
一、銅柱凸點(diǎn)技術(shù)原理
1、基本結(jié)構(gòu)與工作原理
銅柱凸點(diǎn)由銅柱和焊帽兩部分組成，通過(guò)電鍍工藝制備而成。其工作原理是通過(guò)銅柱提供機(jī)械支撐和電/熱傳導(dǎo)路徑，焊帽則在回流焊過(guò)程中熔化形成冶金連接。與傳統(tǒng)C4焊球相比，CPB具有以下優(yōu)勢(shì)：
a、更高的互連密度：可實(shí)現(xiàn)20-150μm的細(xì)節(jié)距
b、優(yōu)異的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能：銅的熱導(dǎo)率(401W/m·K)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)焊料
c、更強(qiáng)的機(jī)械可靠性：銅的屈服強(qiáng)度顯著高于焊料合金
d、更好的抗電遷移性能：電流塞積區(qū)域遠(yuǎn)離焊料帽
2、與傳統(tǒng)C4凸點(diǎn)的對(duì)比
二、測(cè)試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
銅柱凸點(diǎn)的可靠性評(píng)估主要參考以下標(biāo)準(zhǔn)：
JESD22-A104：溫度循環(huán)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
JESD22-A101：穩(wěn)態(tài)溫度濕度偏壓測(cè)試
JESD22-B105：焊球剪切測(cè)試方法
IPC-9701：表面貼裝焊點(diǎn)可靠性測(cè)試
MIL-STD-883：微電子器件測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)
三、測(cè)試儀器和工具
1、Alpha W260推拉力測(cè)試儀
A、設(shè)備介紹
Alpha-W260自動(dòng)推拉力測(cè)試機(jī)用于為微電子引線鍵合后引線焊接強(qiáng)度測(cè)試、焊點(diǎn)與基板表面粘接力測(cè)試及其失效分析領(lǐng)域的專(zhuān)用動(dòng)態(tài)測(cè)試儀器，常見(jiàn)的測(cè)試有晶片推力、金球推力、金線拉力等，采用高速力值采集系統(tǒng)。根據(jù)測(cè)試需要更換相對(duì)應(yīng)的測(cè)試模組,系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別模組，并自由切換量程。
B、推刀
C、常用工裝夾具
2、萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)搭配定制工裝（用于拉脫試驗(yàn)）
四、測(cè)試流程
1、剪切測(cè)試流程
剪切測(cè)試用于評(píng)估銅柱凸點(diǎn)的抗剪切能力，模擬封裝過(guò)程中或服役期間可能受到的機(jī)械應(yīng)力。
步驟1、測(cè)試前準(zhǔn)備
A、樣品制備
采用電鍍法制備銅柱凸點(diǎn)樣品，確保凸點(diǎn)高度、直徑和焊帽厚度符合設(shè)計(jì)要求。
使用光學(xué)顯微鏡或激光共聚焦顯微鏡測(cè)量凸點(diǎn)高度（H），并記錄初始形貌。
若需熱老化或電遷移預(yù)處理，按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)（如JESD22-A104、JESD22-A101）進(jìn)行。
B、設(shè)備校準(zhǔn)
檢查Alpha W260推拉力測(cè)試儀的傳感器精度，確保力值誤差≤±1%。
安裝合適的剪切夾具，調(diào)整測(cè)試平臺(tái)水平度，避免偏載影響測(cè)試結(jié)果。
步驟2、測(cè)試參數(shù)設(shè)置
剪切速度：50–200 μm/s（推薦100 μm/s，確保準(zhǔn)靜態(tài)加載）。
剪切高度：設(shè)定為凸點(diǎn)高度的 20–25%（如凸點(diǎn)高度80 μm，則剪切高度16–20 μm）。
剪切方向：平行于芯片表面，確保剪切刀口與凸點(diǎn)接觸面垂直。
終止條件：剪切力下降至峰值的80%時(shí)自動(dòng)停止，或位移達(dá)到設(shè)定閾值（如50 μm）。
步驟3、測(cè)試步驟
將樣品固定在測(cè)試平臺(tái)上，確保芯片與基板無(wú)松動(dòng)。
調(diào)整剪切刀口位置，使其對(duì)準(zhǔn)凸點(diǎn)側(cè)壁（非焊帽部分）。
啟動(dòng)測(cè)試程序，記錄 剪切力-位移曲線，并保存最大剪切力（F<sub>max</sub>）。
重復(fù)測(cè)試至少 20個(gè)凸點(diǎn)，確保數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)有效性。
步驟四、數(shù)據(jù)分析
剪切強(qiáng)度計(jì)算：
失效模式分析（SEM/EDS觀察）：
界面斷裂（UBM/Cu柱界面失效）
焊料斷裂（焊帽處斷裂）
混合斷裂（部分界面+部分焊料斷裂）
2、拉脫測(cè)試流程
拉脫測(cè)試用于評(píng)估銅柱凸點(diǎn)的 垂直結(jié)合強(qiáng)度，模擬封裝剝離或熱應(yīng)力導(dǎo)致的界面分層風(fēng)險(xiǎn)。
步驟1、測(cè)試前準(zhǔn)備
步驟2、樣品固定
使用專(zhuān)用真空吸盤(pán)或膠粘夾具固定芯片，確保受力方向垂直于基板。
若測(cè)試回流焊后樣品，需確保焊點(diǎn)wan全凝固，避免高溫軟化影響數(shù)據(jù)。
步驟3、拉脫夾具選擇
采用平頭圓柱夾具（直徑略大于凸點(diǎn)），確保均勻施力。
對(duì)于微小凸點(diǎn)（<50 μm），可使用環(huán)氧樹(shù)脂包埋法增強(qiáng)固定。
步驟4、測(cè)試參數(shù)設(shè)置
加載速度：10–50 μm/s（避免動(dòng)態(tài)沖擊效應(yīng)）。
終止條件：力值下降至峰值的70%，或位移超過(guò)凸點(diǎn)高度2倍。
步驟5、測(cè)試步驟
調(diào)整拉脫夾具，使其與凸點(diǎn)頂部接觸（輕微預(yù)壓，避免初始間隙）。
啟動(dòng)測(cè)試，記錄 拉力-位移曲線，保存最大拉脫力（F<sub>pull</sub>）。
重復(fù)測(cè)試 15–20個(gè)凸點(diǎn)，排除異常值（如夾具滑動(dòng)導(dǎo)致的失效）。
步驟6、數(shù)據(jù)分析
界面結(jié)合強(qiáng)度：
失效模式分類(lèi)：
IMC層斷裂（Cu<sub>6</sub>Sn<sub>5</sub>/Cu界面脆性斷裂）
焊料內(nèi)聚失效（焊帽內(nèi)部斷裂）
UBM剝離（金屬化層與芯片分層）
以上就是小編介紹的有關(guān)于先進(jìn)封裝銅柱凸點(diǎn)互連技術(shù)及可靠性測(cè)試相關(guān)內(nèi)容了，希望可以給大家?guī)?lái)幫助！如果您還想了解更多BGA封裝料件焊點(diǎn)的可靠性測(cè)試方法、視頻和操作步驟，推拉力測(cè)試機(jī)怎么使用視頻和圖解，使用步驟及注意事項(xiàng)、作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，原理、怎么校準(zhǔn)和使用方法視頻，推拉力測(cè)試儀操作規(guī)范、使用方法和測(cè)試視頻 ，焊接強(qiáng)度測(cè)試儀使用方法和鍵合拉力測(cè)試儀等問(wèn)題，歡迎您關(guān)注我們，也可以給我們私信和留言，【科準(zhǔn)測(cè)控】小編將持續(xù)為大家分享推拉力測(cè)試機(jī)在鋰電池電阻、晶圓、硅晶片、IC半導(dǎo)體、BGA元件焊點(diǎn)、ALMP封裝、微電子封裝、LED封裝、TO封裝等領(lǐng)域應(yīng)用中可能遇到的問(wèn)題及解決方案。
