style="width:4.85987in;height:3.67334in" /> 本文是学习GB-T 35005-2018 集成电路倒装焊试验方法. 而整理的学习笔记,分享出来希望更多人受益,如果存在侵权请及时联系我们
本标准规定了倒装焊集成电路封装工艺中凸点共面性、凸点剪切力、芯片剪切拉脱力、焊点缺陷、底
部填充缺陷等方面相关的物理试验方法。
本标准适用于陶瓷封装或塑料封装的倒装焊单片集成电路。
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GJB 548B—2009 微电子器件试验方法和程序
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
凸点 bump
通过印刷焊料、化学涂镀、蒸镀焊料、电镀焊料、钉头焊料或放置焊球等方法制备出具有一定尺寸的
球形或方形的焊点。
3.2
凸点下金属化层 under bump metallization;UBM
为了实现焊料与焊盘之间的有效互连，在焊盘表面沉积的金属过渡层。
3.3
倒装焊 flip chip
将带凸点的芯片倒装，通过焊料直接与基板实现互连的一种工艺技术。
3.4
基准平面 seating plane
由三个焊球顶点形成的平面，具有到植球面最大的垂直距离，并且这三个顶点形成的三角形应包含
器件的重心。
3.5
共面性 deviation from coplanarity
芯片上各凸点和所建立的基准平面之间的距离。
3.6
拉力 pull force
施加于芯片垂直于器件表面并离开该表面的力。
3.7
固定夹具 clamping fixture
在凸点剪切、芯片剪切、芯片拉脱试验期间，固定器件的夹具。
GB/T 35005—2018
3.8
拉力速度 pull speed
拉力装置在以垂直于器件平面的方向上拉起芯片时的速率。
3.9
凸点挤压 ball extrusion
在实际剪切试验过程中由于一些因素，如剪切力不合适，或不正确的剪切选择，造成凸点变形。
3.10
剪切高度 shear tool standoff
基板或芯片表面和剪切工具刀头间的距离(见图7)。
3.11
剪切速度 shear speed
剪切工具在剪切凸点或芯片时的移动速率。
3.12
超声检测 ultrasonic inspection
产生如同超声扫描(US) 或 C-SCAN、 激光扫描声学显微镜(SLAM) 或
C-模式扫描声学显微镜
(C-SAM) 那样可以提供灰度输出的高频超声显像(成像)。
本试验的目的是通过光学测量实现倒装焊直径不大于80μm
凸点的共面性无损检测。
设备应有能力测量规定的允许公差范围内的芯片凸点共面性。设备测量准确度应优于±3
μm。
共面性可以采用最高三点法或最小二乘法进行测量，按如下程序：
a) 器件水平放置，凸点朝上，确保不会损伤凸点；
b) 测量每一个凸点顶点到芯片表面距离，测量时不允许对器件施加外力；
c) 建立基准平面。包含最高三点法、最小二乘法两种方法：
1)
最高三点法：由最高的三个凸点顶点形成的平面，其中基准平面应包含器件重心，如图1
所示；
2) 最小二乘法：由所有凸点顶点通过最小二乘法拟合形成的平面。
d) 进行共面性计算：
1)
最高三点法：测量每个焊球顶点和基准平面之间的距离，其最大测量差值就是共面值(见
图2);
2)
最小二乘法：测量每个焊球顶点和基准平面之间的距离，其中基准平面上方最大距离与基
准平面下方最大距离之和就是共面值(见图3)。
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图 1 基准平面
GB/T 35005—2018
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图 2 凸点的共面性示意图(最高三点法)
基准平面
style="width:11.99336in;height:3.14666in" />
图 3 凸点的共面性示意图(最小二乘法)
除另有规定外，凸点的共面性大于35μm 时，则视为不合格。
若与本方法中4.1.3和4.1.4的规定不同，则在采购文件或详细规范中应规定下述内容：
a) 所采用方法；
b) 失 效 判 据 。
GB/T 35005—2018
本试验的目的是通过破坏性剪切测试评估倒装焊直径不大于80μm
凸点的抗剪切能力。
剪切力测试设备应使用校准的负载单元或传感器。设备的最大负载能力应不小于凸点最大剪切力
的1.1倍，剪切工具的受力面宽度应达到凸点直径1.1倍以上，设备应能提供并记录施加于凸点的剪切
力，也应能对负载提供规定的移动速率。
4.2.3.1 安装
在试验设备上安装剪切工具和试验样品，使凸点可以被平行于芯片表面的剪切工具剪切，如图4所
示。应小心安放芯片而不对凸点造成损伤，且不使芯片变形。
style="width:11.17334in;height:3.64672in" />
图 4 安装示意图
4.2.3.2 样品制备
在试验前，采用金相显微镜对凸点进行检查，保证它们的形状完好，无助焊剂残留或其他污染物。
受剪切试验设备的限制，受试凸点邻近的凸点(和在剪切工具行进路径上)有可能需要先从样品上
移去。如果邻近的凸点需要去除，则凸点的残留物高度应足够低，以保证剪切工具在行进过程中不会碰
触到残留的凸点。图5是典型用于剪切试验的受试样品。
style="width:7.17345in;height:5.30662in" />
图 5 剪切示意图
GB/T 35005—2018
4.2.3.3 凸点剪切
4.2.3.3.1 剪切工具
剪切工具应由坚硬的刚性材料、陶瓷或其他非易弯曲的材料构成。
根据受试凸点的尺寸选择合适的剪切工具，剪切工具应和芯片表面成90°±5°。将剪切工具和凸点
对齐，使其可以接触凸点的一侧。最好使用可移动的试验台和工具台进行对齐，并使移动平面垂直于负
载方向。应特别注意，在试验安装中不应碰触到进行试验的凸点。
由于频繁使用会造成剪切工具磨损，从而影响试验结果。如果剪切工具有明显的磨损，如图6所
示，则应替换。
style="width:4.46669in;height:2.7467in" />
图 6 剪切工具磨损示意图
4.2.3.3.2 剪切高度
剪切力和失效模式受剪切工具高度的影响。为保证试验结果的有效性，应对任何检验批进行相同
条件的剪切试验，剪切工具高度设置应一致。
剪切高度不低于凸点高度的10%,剪切示意图如图7所示。
GB/T 35005—2018
style="width:7.70666in;height:4.9467in" />
图7 凸点剪切示意图
4.2.3.3.3 剪切速度
凸点剪切过程中应保持恒定速率，直到剪切力下降到最大值的25%以下，或直到剪切工具的移动
距离超过凸点直径。
剪切试验的速度一般为0.1 mm/s～0.8 mm/s。
4.2.3.3.4 剪切力
试验数据应包括凸点剪切力的最大值、最小值、平均值以及标准偏差。完成足够的数据测量后，应
建立有代表性的基于平均值和标准偏差的失效判据。
凸点剪切力数值应满足应用条件所要求的最小值。
凸点剪切共有4种失效模式(见表1),模式1和2为合格失效模式，模式3和4为不合格失效模式。
一般情况下，使用独立的光学系统来评估失效模式，如果出现比较低的凸点剪切力值或多种失效模式，
应对断裂面进行详细的检查，
一般使用金相显微镜在500倍及更高倍数下进行观察。
表 1 凸点剪切失效模式
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style="width:5.05339in;height:2.0867in" />class="anchor">GB/T 35005—2018
表 1(续)
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有关采购文件或详细规范中应规定以下内容：
a)
凸点最小剪切力可按"最小凸点剪切力值=焊盘面积×凸点焊料抗剪切强度"方法进行计算；
b) 试验的芯片数和凸点数；
c) 数据记录要求。
本试验的目的是测试底部填充前芯片与基板之间的剪切强度，或测量底部填充后对芯片所加力的
大小，观察在该力下产生的失效类型，判定器件是否接收。
测试设备应使用校准的负载单元或传感器，设备的最大负载能力应足以把芯片从固定位置上分离
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或大于规定的最小剪切力的2倍。设备准确度应达到满刻度的±5%。设备应能提供并记录施加于芯
片的剪切力，也应能对负载提供规定的移动速率。
4.3.3.1 安 装
在试验设备上安装剪切工具和试验样品，剪切工具正好在位于基板之上的位置与芯片接触，在垂直
于芯片或基板的一个边界并平行于基板的方向上施加外力，使芯片可以被平行于器件表面的剪切工具
剪切，如图8所示。应小心安放器件以免对芯片造成损伤。对于某些类型的封装，由于封装结构会妨碍
芯片的剪切力测试，当规定要采用本试验方法时，需要采用有效的化学或物理方法将妨碍部分去除，但
不得破坏芯片倒装区和填充区。
剪切力和失效模式受剪切速度、剪切高度以及器件存储时间的影响。为保证试验结果的有效性，应
对任何检验批进行相同条件的剪切试验，如剪切速度、剪切高度等都应一致。
style="width:8.42001in;height:3.96in" />
图 8 芯片剪切示意图
夹具应防止器件在轴向上移动，保证剪切方向与基板的表面平行，并且不损伤芯片，不使基板变形。
图9给出了夹具的示例，可使用其他工具替代夹具。
夹具应和机器保持刚性连接，移动和变形应最小化，避免对器件产生谐振激励。对长方形芯片，应
从与芯片长边垂直的方向施加应力。
style="width:3.85325in;height:3.76002in" />
图 9 芯片剪切固定夹具示意图
剪切工具应由坚硬的刚性材料、陶瓷或其他非易弯曲的材料构成。剪切工具应和器件底面成
90°±5°。把剪切工具和芯片对齐，使其可以接触芯片的一侧。应保证剪切工具在行进时不会接触基板。
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最好能使用可移动的试验台和工具台进行对齐，并使移动平面垂直于负载方向。
由于频繁使用会造成剪切工具磨损，从而影响试验结果。如果剪切工具有明显的磨损，如图7所
示，则应替换。
4.3.3.2 芯片剪切
4.3.3.2.1 剪切速度
芯片剪切过程中应保持恒定速率，并记录剪切速度。剪切速度一般为0.1
mm/s～0.8 mm/s。
4.3.3.2.2 剪切力
试验数据应包括芯片剪切力数值和标准要求数值。芯片剪切力数值应满足应用条件所要求的最
小值。
4.3.4.1 **倒装芯片剪切强度(无底填充器件
使倒装芯片和基板产生分离的最小剪切力应按式(1)计算，小于其值而发生分离则视为不合格。
最小剪切力=0.05 N× 凸点数 (1)
当有规定时，应记录造成分离时的剪切力数值，以及分离或失效的主要类别：
a) 焊点材料或基板焊接区(适用时)的失效；
b) 芯片或基板的破裂(紧靠在焊点处下面的芯片或基板失掉一部分);
c) 金属化层浮起(金属化层或基板焊接区与芯片或基板分离)。
4.3.4.2 **倒装芯片剪切强度(底填充器件
若芯片黏接面积大于4.13 mm², 应最小承受25 N
的力或其倍数；若芯片黏接面积大于或等于 0.32 mm²,但不大于4.13 mm²
时，芯片承受的最小应力可通过图11确定；若芯片黏接面积小于
0.32 mm²,应承受的最小力为(0.1倍)时的6 N/mm² 或(2倍)时的12 N/mm²。
符合以下任一判据则应视为失效：
a) 小于图10中曲线所表示的最小芯片剪切强度要求。
b) 适用时，使芯片与基板脱离时施加的力小于图10中最小芯片剪切强度的1.25
倍，同时芯片在 填充材料上的残留小于填充区面积的50%。
c) 适用时，使芯片与基板脱离时施加的力小于图10中最小芯片剪切强度的2.0
倍，同时芯片在 填充材料上的残留小于填充区面积的10%。
当有规定时，应记录造成分离时的剪切力数值，以及分离或失效的主要类别：
a) 芯片被剪切掉后，基板上残留有芯片的碎片；
b) 芯片与填充材料间脱离；
c) 芯片与填充材料一起脱离基板。
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style="width:7.98655in;height:5.6199in" />
图10
芯片剪切力标准
有关采购文件或详细规范中应规定以下内容：
a) 最小剪切力强度(若不用本试验判据时);
b) 试验的芯片数和接收数；
c) 数据记录要求。
本试验的目的是测试底部填充前芯片与基板之间的拉脱强度，或确定底部填充后器件在Y
轴方向
受到力时芯片的黏附强度。
测试设备应使用校准的负载单元或传感器。设备的最大负载能力应足以把芯片从固定位置上分离
或大于规定的最小拉脱力的2倍。设备精度应达到满刻度的士5%。设备应能提供并记录施加于芯片
的拉脱力，也应能对负载提供规定的移动速率。
4.4.3.1 安装
在试验设备上安装拉力工具和试验样品，使芯片可以被垂直于器件表面的拉力工具拉脱，如图11
所示。对于某些类型的封装，由于封装结构会妨碍芯片的拉脱力测试，当规定要采用本试验方法时，需
要采用有效的化学或物理方法将妨碍部分去除，但不得破坏芯片倒装区和填充区。
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style="width:7.40678in;height:5.35986in" />
图11 芯片拉脱示意图
夹具应防止器件在轴向上移动，保证拉脱方向与器件的表面垂直，并且不损伤芯片，不使器件变形。
图12给出了夹具的示例，可使用其他工具替代夹具。
style="width:6.07999in;height:5.6133in" />
图12 芯片拉脱夹具示意图
根据芯片的尺寸选择合适的拉脱工具，其截面积为芯片表面积的60%～100%。该工具用高强度
黏接剂材料(例如氰基丙烯酸酯或其他黏接剂)与倒装芯片背面相连接。
4.4.3.2 芯片拉脱
4.4.3.2.1 拉脱速度
应以4.9 N/s±0.98
N/s的速率在芯片表面法线方向5°范围内无冲击地拉脱芯片。当出现失效
时，应记录失效时的拉脱力和失效类型。
4.4.3.2.2 拉脱力
试验数据应包括芯片拉脱力数值，拉脱力数值应满足应用条件所要求的最小值。
style="width:10.8667in;height:6.74652in" />GB/T 35005—2018
4.4.4.1 **倒装芯片拉脱强度(无底填充器件
使倒装芯片和基板产生分离的最小拉脱力应按式(2)计算，小于其值而发生分离则视为不合格；
最小拉脱力=760 N/cm²× 凸点平均面积(cm²)× 凸点数
(2)
当有规定时，应记录造成分离时的拉脱力数值，以及分离或失效的主要类别：
a) 芯片断裂；
b) UBM 与芯片分离；
c) 凸点与 UBM 分离；
d) 凸点与基板焊盘分离；
e) 基板的金属焊盘剥离；
f) 基板破裂。
4.4.4.2 **倒装芯片拉脱强度(底填充器件
符合以下任一判据则应视为失效：
a) 在低于图13表示的芯片最小拉脱力(1.0倍)下发生的分离；
b)
在低于图13表示的芯片最小拉脱力的2.0倍时发生分离，且在芯片下填充材料与芯片之间，
或填充材料与基板之间的界面上没有明显的附着痕迹。
I
芯片而积/cim"
注 ：X 轴代表芯片面积，Y 轴代表拉力；
X 轴为对数刻度，没给出的点可以根据下述方法计算：
1.0倍时，Y=[3.32 lg(X/6.5)+13.3]×4.45;
2.0倍时，Y=[6.63lg(X/6.5)+26.6]×4.45。
图13 芯片剪切力标准
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有关采购文件或详细规范中应规定以下内容：
a) 最小抗拉力强度(若不用本试验判据时);
b) 试验的芯片数和接收数；
c) 数据记录要求。
本试验的目的是通过非破坏性的方法检测倒装焊焊点缺陷。
本试验所用设备其电压范围应足以使 X
射线穿透器件，并可检测全部规定的缺陷，其分辨率和焦
距应满足可分辨所检最小缺陷尺寸的10%。
为了在灵敏度要求的范围内获得满意的曝光，并得到 X
射线检查的器件或缺陷特征的图像的最详 细细节，应选择或调整 X
射线电压、电流和时间设置。在满足要求的前提下，X 射线电压应尽量低，除
非另有规定，不应超过200 kV。
4.5.4.1 安 装
器件应安装在夹具中以使其不受损坏或沾污，但要求夹具或挡板材料不妨碍从 X
射线源到器件本
体任何部位的观察。
4.5.4.2 观察
除另有规定外，对芯片倒装后的器件，在GJB
548B—2009"一般要求"的图1和图2所规定的Y 方 向上，用X
射线穿透观察。对于某些类型的器件，由于结构材料(外壳或内部材料)对 X
射线的不穿透
性，实际上，从某些或全部可能的观察角度，会妨碍识别某些类型的缺陷。当规定采用本试验方法时，应
结合器件设计考虑此因素。
4.5.4.3 X 射线照片的分析
采用本方法规定的设备检查 X
射线图像，来确定被检器件是否符合本标准，有缺陷的器件应拒收。 X
射线图像应放大10～100倍进行观察。不能清楚表征X
射线质量的标准图像特征的照片不得接收，
应重新拍摄该器件的 X 射线照片。
4.5.4.4 检查和接收判据
器件检查应包括但又不限于检查以下项目：多余物、空洞、接触区的焊接情况。由
X 射线照片检查
暴露出以下缺陷的任何器件应拒收。
a) 单个焊点的最大空洞直径大于焊点直径的20%;
b) 器件上焊点总的空洞面积大于焊点截面积的10%;
c) 出现桥连、焊点缺失、多余物等缺陷；
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d) 焊点出现偏移且偏移量大于焊点直径的1/2。
有关采购文件或详细规范中应规定以下内容：
a) 有要求时提供 X 射线照片。
b) 若不按4.5.4.4规定，应规定在样品中要检查的缺陷以及接收或拒收判据。
本试验的目的是通过声学连续性测量实现倒装焊器件底部填充缺陷的非破坏性检测。
超声成像设备的试验频率应足以穿透底部填充界面。试验频率和焦距应适合于检测最小直径
25.4μm的空洞。
应根据需要选择或调整超声发生器、接收器，以便在对器件和试验所要检测的缺陷特性的灵敏度要
求之内得到满意的图像，并获得最多的图像细节。在反射模式或穿透模式的情况下，应注意确保超声穿
透整个底部填充界面并对其敏感。
4.6.4.1 安装
器件应能按规定置于适当的平面上，只要夹具不妨碍从超声传感器到器件各个部分的观察，可采用
任一种夹具固定器件。箱中的耦合流体应是蒸馏水或其他合适的非腐蚀液体。器件留在耦合流体中的
时间应尽可能短。超声检测之后，要对样品进行适当的清洁和干燥。
4.6.4.2 校准
若有规定，在安装显像仪器时，至少应采用一个相同类型和结构的器件(若器件带有腔体，则应进行
开盖处理以便观察),该器件可以是废品或无功能的器件，它将用来识别内部的图像特征标志且保证设
备正常工作。
4.6.4.3 测试
应调节声波频率、接收器衰减和其他装置，使主要尺寸的分辨率优于25.4 μm,
从底部填充界面获
得最佳的反射信号，并以尽可能大的对比度显示图像特性。应对每个所需的观察做超声图像。
在器件检验中，由超声图像检查暴露出以下任一缺陷的器件应拒收：
a) 底部填充区空洞总面积超过芯片面积的20%(见图14);
b)
单个空洞面积超过芯片面积的10%,或单个拐角空洞面积超过芯片面积的5%(见图14);
c)
当用平分方法把图像分成四个面积相等的象限时，任一象限中的空洞超过该象限芯片面积的
30%(见图14)。
style="width:4.45332in;height:8.53996in" />GB/T 35005—2018
拒收：单个空洞大于芯片面积的10%
拒收：拐角空洞大于芯片面积的5%
接收：没有一个空洞大于芯片面积的10%
接收；拐角空洞小于芯片面积的5%
拒收：任一象限中空洞大于30%
接收：任一象限中空洞均小于30%
=空洞
图14 空洞判据
有关的采购文件若不按4.6.5中规定，应给出样品接收或拒收的判据。
更多内容 可以 GB-T 35005-2018 集成电路倒装焊试验方法. 进一步学习
