隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和5G通信等新興技術的快速發(fā)展，電子元器件正朝著更輕、更小、更高性能的方向演進。在這一背景下，銅柱凸點(Copper Pillar Bump, CPB)技術作為先進封裝互連方案，因其獨te的結構和優(yōu)異的性能而備受關注。

本文科準測控小編將介紹銅柱凸點的結構特點、制備工藝，并重點探討了使用Alpha W260推拉力測試儀等設備進行可靠性測試的原理、標準及流程，為行業(yè)同仁提供全面的技術參考和應用指導。

一、銅柱凸點技術原理

1、基本結構與工作原理

銅柱凸點由銅柱和焊帽兩部分組成，通過電鍍工藝制備而成。其工作原理是通過銅柱提供機械支撐和電/熱傳導路徑，焊帽則在回流焊過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：

a、更高的互連密度：可實現(xiàn)20-150μm的細節(jié)距

b、優(yōu)異的導熱導電性能：銅的熱導率(401W/m·K)遠高于傳統(tǒng)焊料

c、更強的機械可靠性：銅的屈服強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)域遠離焊料帽

2、與傳統(tǒng)C4凸點的對比

二、測試相關標準

銅柱凸點的可靠性評估主要參考以下標準：

JESD22-A104：溫度循環(huán)測試標準

JESD22-A101：穩(wěn)態(tài)溫度濕度偏壓測試

JESD22-B105：焊球剪切測試方法

IPC-9701：表面貼裝焊點可靠性測試

MIL-STD-883：微電子器件測試方法標準

三、測試儀器和工具

1、Alpha W260推拉力測試儀

A、設備介紹

Alpha-W260自動推拉力測試機用于為微電子引線鍵合后引線焊接強度測試、焊點與基板表面粘接力測試及其失效分析領域的專用動態(tài)測試儀器，常見的測試有晶片推力、金球推力、金線拉力等，采用高速力值采集系統(tǒng)。根據(jù)測試需要更換相對應的測試模組,系統(tǒng)自動識別模組，并自由切換量程。

B、推刀

C、常用工裝夾具

2、萬能材料試驗機搭配定制工裝（用于拉脫試驗）

四、測試流程

1、剪切測試流程

剪切測試用于評估銅柱凸點的抗剪切能力，模擬封裝過程中或服役期間可能受到的機械應力。

步驟1、測試前準備

A、樣品制備

采用電鍍法制備銅柱凸點樣品，確保凸點高度、直徑和焊帽厚度符合設計要求。

使用光學顯微鏡或激光共聚焦顯微鏡測量凸點高度（H），并記錄初始形貌。

若需熱老化或電遷移預處理，按相應標準（如JESD22-A104、JESD22-A101）進行。

B、設備校準

檢查Alpha W260推拉力測試儀的傳感器精度，確保力值誤差≤±1%。

安裝合適的剪切夾具，調(diào)整測試平臺水平度，避免偏載影響測試結果。

步驟2、測試參數(shù)設置

剪切速度：50–200 μm/s（推薦100 μm/s，確保準靜態(tài)加載）。

剪切高度：設定為凸點高度的 20–25%（如凸點高度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接觸面垂直。

終止條件：剪切力下降至峰值的80%時自動停止，或位移達到設定閾值（如50 μm）。

步驟3、測試步驟

將樣品固定在測試平臺上，確保芯片與基板無松動。

調(diào)整剪切刀口位置，使其對準凸點側壁（非焊帽部分）。

啟動測試程序，記錄 剪切力-位移曲線，并保存最大剪切力（F_max）。

重復測試至少 20個凸點，確保數(shù)據(jù)統(tǒng)計有效性。

步驟四、數(shù)據(jù)分析

剪切強度計算：

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、拉脫測試流程

拉脫測試用于評估銅柱凸點的 垂直結合強度，模擬封裝剝離或熱應力導致的界面分層風險。

步驟1、測試前準備

步驟2、樣品固定

使用專用真空吸盤或膠粘夾具固定芯片，確保受力方向垂直于基板。

若測試回流焊后樣品，需確保焊點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），確保均勻施力。

對于微小凸點（<50 μm），可使用環(huán)氧樹脂包埋法增強固定。

步驟4、測試參數(shù)設置

加載速度：10–50 μm/s（避免動態(tài)沖擊效應）。

終止條件：力值下降至峰值的70%，或位移超過凸點高度2倍。

步驟5、測試步驟

調(diào)整拉脫夾具，使其與凸點頂部接觸（輕微預壓，避免初始間隙）。

啟動測試，記錄 拉力-位移曲線，保存最大拉脫力（F_pull）。

重復測試 15–20個凸點，排除異常值（如夾具滑動導致的失效）。

步驟6、數(shù)據(jù)分析

界面結合強度：

失效模式分類：

IMC層斷裂（Cu₆Sn₅/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于先進封裝銅柱凸點互連技術及可靠性測試相關內(nèi)容了，希望可以給大家?guī)韼椭?！如果您還想了解更多BGA封裝料件焊點的可靠性測試方法、視頻和操作步驟，推拉力測試機怎么使用視頻和圖解，使用步驟及注意事項、作業(yè)指導書，原理、怎么校準和使用方法視頻，推拉力測試儀操作規(guī)范、使用方法和測試視頻 ，焊接強度測試儀使用方法和鍵合拉力測試儀等問題，歡迎您關注我們，也可以給我們私信和留言，【科準測控】小編將持續(xù)為大家分享推拉力測試機在鋰電池電阻、晶圓、硅晶片、IC半導體、BGA元件焊點、ALMP封裝、微電子封裝、LED封裝、TO封裝等領域應用中可能遇到的問題及解決方案。