CN112666008A - 一种SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试装置及方法，包括等效焊接组件、第一拉压组件、第二拉压组件、拉压驱动器；等效焊接组件包括上层金属板、下层金属板和焊接于两者之间的连接层，连接层的焊接工艺参数与待测SoC封装互连结构中的焊料层的焊接工艺参数相同；第一拉压组件的输入端与拉压驱动器的其中一侧输出端相连，第一拉压组件的输出端与上层金属板相连；第二拉压组件的输入端与拉压驱动器的另一侧输出端相连，第二拉压组件的输出端与下层金属板相连，且第一拉压组件与第二拉压组件的输出方向反向平行。本发明能够在准确测试SoC封装互连结构的剪切可靠性的基础上，避免对SoC封装互连结构造成损伤，同时降低测试成本。
Description
技术领域
本发明涉及芯片技术领域，特别涉及一种SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试装置。本发明还涉及一种SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试方法。
背景技术
随着世界高科技领域的不断发展以及国际环境的剧烈变化，芯片产业在我国得到了越发广泛的关注，芯片领域自主创新的重要性越发凸显。对于一个完整的芯片产业链，按照先后顺序可以分为芯片设计、芯片制造、芯片封装三个环节。其中，芯片封装是芯片实现预设功能的必要条件，构成芯片产业的关键一环。所谓芯片封装，具体是指将芯片固定在框架或基板上完成布置、固定，引出接线端子，并采用特殊材料灌封固定芯片，以对芯片形成支撑、保护，随后将灌封固定的芯片组装在PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)上，进而实现满足一定功能的系统或结构的安装。
目前，SoC(System on Chip，系统级芯片)逐步成为芯片产业的主流趋势。在本质上，SoC属于一种片上系统，将整个系统集成到一块芯片之上，由处理器、内存、接口等模块组成。相比于常规芯片，SoC可以执行更为复杂的任务、实现更为复杂的功能，因而其具备更加优越的性能。这种情况下，相比于常规芯片，SoC具有更大的时钟频率，进而导致更大的功耗及散热。因此，SoC的封装互连结构需要在更高的温度服役。
在芯片封装中，互连技术发挥着不可替代的作用，主要通过钎焊连接方式实现。钎焊连接完成后，所形成封装互连结构不仅使芯片与外部电路实现电气连接，还能给芯片提供机械支撑以及散热途径。
由于互连结构中不同材料的热膨胀系数不同，在温度载荷作用下，互连结构内部有剪切应力产生。温度载荷越大，互连结构产生的剪切应力越为明显，而实际温度载荷与互连结构的焊接工艺质量关联最大。显然，针对高性能SoC封装互连结构开展可靠性评价，应重点关注互连结构的剪切可靠性。
在现有技术中，为了保证结果精确性，通常基于实际SoC封装互连结构开展剪切可靠性测试，然而，采用此种方式进行测试，一方面会给SoC封装互连结构带来永久性损伤，另一方面需要专用设备进行辅助，测试成本较高。
因此，如何在准确测试SoC封装互连结构的剪切可靠性的基础上，避免对SoC封装互连结构造成损伤，同时降低测试成本，是本领域技术人员面临的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试装置，能够在准确测试SoC封装互连结构的剪切可靠性的基础上，避免对SoC封装互连结构造成损伤，同时降低测试成本。本发明的另一目的是提供一种SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试装置，包括等效焊接组件、第一拉压组件、第二拉压组件、拉压驱动器；
所述等效焊接组件包括上层金属板、下层金属板和焊接于两者之间的连接层，所述连接层的焊接工艺参数与待测SoC封装互连结构中的焊料层的焊接工艺参数相同；
所述第一拉压组件的输入端与所述拉压驱动器的其中一侧输出端相连，所述第一拉压组件的输出端与所述上层金属板相连；所述第二拉压组件的输入端与所述拉压驱动器的另一侧输出端相连，所述第二拉压组件的输出端与所述下层金属板相连，且所述第一拉压组件与所述第二拉压组件的输出方向反向平行。
优选地，所述上层金属板的形状参数与待测SoC封装互连结构中的芯片金属层的形状参数相同，所述下层金属板的形状参数与待测SoC封装互连结构中的基板金属层的形状参数相同。
优选地，所述上层金属板的材料参数与待测SoC封装互连结构中的芯片金属层的材料参数相同，所述下层金属板的材料参数与待测SoC封装互连结构中的基板金属层的材料参数相同。
优选地，所述连接层为纯锡焊料层、锡基焊料层、纯铟焊料层或铟基焊料层。
优选地，所述连接层通过丝网刷膏工艺、气相沉积工艺或电镀工艺沉积在所述上层金属板及所述下层金属板的正对表面。
优选地，所述第一拉压组件包括第一拉压板体、开设于所述第一拉压板体表面一端并用于安装所述上层金属板的第一安装槽、设置于所述第一拉压板体表面另一端并用于与所述拉压驱动器的其中一侧输出端相连的第一受力凸台。
优选地，所述第二拉压组件包括第二拉压板体、开设于所述第二拉压板体表面一端并用于安装所述下层金属板的第二安装槽、设置于所述第二拉压板体表面另一端并用于与所述拉压驱动器的另一侧输出端相连的第二受力凸台。
优选地，还包括压紧在所述第一拉压板体底面的第一压紧板和压紧在所述第二拉压板体底面的第二压紧板，且所述第一压紧板与所述第二压紧板之间通过若干根紧固件互相拉紧。
优选地，所述第一压紧板及所述第二压紧板的各个角落位置处均开设有用于与所述紧固件配合的紧固孔。
本发明还提供一种SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试方法，包括：
参照待测SoC封装互连结构中的芯片金属层制作上层金属板、参照待测SoC封装互连结构中的基板金属层制作下层金属板、参照待测SoC封装互连结构中的焊料层制作连接层，并将所述上层金属板与所述下层金属板通过所述连接层使用待测SoC封装互连结构中的焊接工艺参数进行焊接成型；
将第一拉压组件的输入端与拉压驱动器的其中一侧输出端相连，并将所述第一拉压组件的输出端与所述上层金属板相连，同时将第二拉压组件的输入端与拉压驱动器的另一侧输出端相连，并将所述第二拉压组件的输出端与所述下层金属板相连；
通过所述拉压驱动器分别对所述上层金属板及所述下层金属板同时加载平行且反向的拉力或压力。
本发明所提供的SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试装置，主要包括等效焊接组件、第一拉压组件、第二拉压组件和拉压驱动器。其中，等效焊接组件主要包括上层金属板、下层金属板和连接层，该连接层焊接在上层金属板与下层金属板之间，并且连接层在焊接时所使用的焊接工艺参数与待测SoC封装互连结构中的焊料层的焊接工艺参数相同，如此使得等效焊接组件的结构特性与待测SoC封装互连结构高度接近，进而保证等效焊接组件的焊接工艺质量及产生的剪切应力与待测SoC封装互连结构趋于相同，使得对等效焊接组件进行剪切可靠性测试等效于对待测SoC封装互连结构进行剪切可靠性测试。第一拉压组件的输入端与拉压驱动器的其中一侧输出端相连，同时其输出端与上层金属板相连，而第二拉压组件的输入端与拉压驱动器的另一侧输出端相连，同时其输出端与下层金属板相连。拉压驱动器主要用于通过两侧输出端同时输出反向且平行的拉力或压力，进而分别通过第一拉压组件和第二拉压组件同时对等效焊接组件的上层金属板和下层金属板施加剪切应力，对等效焊接组件完成剪切可靠性测试。如此，本发明所提供的SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试装置，通过上层金属板、下层金属板与连接层焊接形成剪切应力与待测SoC封装互连结构趋于相同的等效焊接组件，再通过拉压驱动器分别利用第一拉压组件和第二拉压组件对等效焊接组件进行剪切可靠性测试，此测试结果即等效于待测SoC封装互连结构的测试结果，因此能够在准确测试SoC封装互连结构的剪切可靠性的基础上，避免对SoC封装互连结构造成损伤，同时降低测试成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
图2为待测SoC封装互连结构的具体结构示意图。
图3为图1中所示的等效焊接组件的具体结构示意图。
图4为图1中所示的第一拉压组件或第二拉压组件的具体结构示意图。
图5为图1中所示的第一压紧板或第二压紧板的具体结构示意图。
其中，图1—图5中：
等效焊接组件—1，第一拉压组件—2，第二拉压组件—3，第一压紧板—4，第二压紧板—5，紧固件—6，紧固孔—7；
上层金属板—11，下层金属板—12，连接层—13，第一拉压板体—21，第一安装槽—22，第一受力凸台—23，第二拉压板体—31，第二安装槽—32，第二受力凸台—33。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
在本发明所提供的一种具体实施方式中，SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试装置主要包括等效焊接组件1、第一拉压组件2、第二拉压组件3和拉压驱动器。
其中，等效焊接组件1主要包括上层金属板11、下层金属板12和连接层13，该连接层13焊接在上层金属板11与下层金属板12之间，并且连接层13在焊接时所使用的焊接工艺参数与待测SoC封装互连结构中的焊料层的焊接工艺参数相同，如此使得等效焊接组件1的结构特性与待测SoC封装互连结构高度接近，进而保证等效焊接组件1的焊接工艺质量及产生的剪切应力与待测SoC封装互连结构趋于相同，使得对等效焊接组件1进行剪切可靠性测试等效于对待测SoC封装互连结构进行剪切可靠性测试。
第一拉压组件2的输入端与拉压驱动器的其中一侧输出端相连，同时其输出端与上层金属板11相连，而第二拉压组件3的输入端与拉压驱动器的另一侧输出端相连，同时其输出端与下层金属板12相连。
拉压驱动器主要用于通过两侧输出端同时输出反向且平行的拉力或压力，进而分别通过第一拉压组件2和第二拉压组件3同时对等效焊接组件1的上层金属板11和下层金属板12施加剪切应力，对等效焊接组件1完成剪切可靠性测试。
如此，本实施例所提供的SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试装置，通过上层金属板11、下层金属板12与连接层13焊接形成剪切应力与待测SoC封装互连结构趋于相同的等效焊接组件1，再通过拉压驱动器分别利用第一拉压组件2和第二拉压组件3对等效焊接组件1进行剪切可靠性测试，此测试结果即等效于待测SoC封装互连结构的测试结果，因此能够在准确测试SoC封装互连结构的剪切可靠性的基础上，避免对SoC封装互连结构造成损伤，同时降低测试成本。
如图2、图3所示，图2为待测SoC封装互连结构的具体结构示意图，图3为图1中所示的等效焊接组件1的具体结构示意图。
为进一步提高对等效焊接组件1进行剪切可靠性测试的结果等效性与精确性，在本实施例中，等效焊接组件1中的上层金属板11的形状参数与待测SoC封装互连结构中的芯片金属层的形状参数相同。同理，等效焊接组件1中的下层金属板12的形状参数与待测SoC封装互连结构中的基板金属层的形状参数相同。具体的，上层金属板11与下层金属板12的具体形状可均相同，比如均为长度及宽度为1～10mm、厚度为1～2mm的长方体板。
基于同样的考虑，在本实施例中，等效焊接组件1中的上层金属板11的材料参数与待测SoC封装互连结构中的芯片金属层的材料参数相同。同理，等效焊接组件1中的下层金属板12的材料参数与待测SoC封装互连结构中的基板金属层的材料参数相同。具体的，上层金属板11与下层金属板12的具体材料可均相同，比如均为纯铜、纯镍、纯银或纯金等。
此外，连接层13在与上层金属板11和下层金属板12进行焊接时，不仅使用的焊接工艺参数与待测SoC封装互连结构中的焊料层的焊接工艺参数相同，还可使用与焊料层相同材料的焊料，比如纯锡焊料、锡基焊料、纯铟焊料、铟基焊料等。
并且，在焊接前，为提高焊接(主要为钎焊)质量，连接层13可通过丝网刷膏工艺、气相沉积工艺或电镀工艺沉积在上层金属板11及下层金属板12的正对表面上，其具体的沉积厚度一般为1～200μm。
至于连接层13在焊接过程中具体使用的焊接工艺参数，一般的，可使用钎焊工艺，其中，钎焊温度为200～350℃，钎焊时间为1～20min，钎焊压力为1～10MPa。
如图4所示，图4为图1中所示的第一拉压组件2或第二拉压组件3的具体结构示意图。
在关于第一拉压组件2的一种优选实施例中，该第一拉压组件2主要包括第一拉压板体21、第一安装槽22和第一受力凸台23。其中，第一拉压板体21为第一拉压组件2的主体结构，主要呈长条板状，长度、宽度可分别为50mm、20mm。第一安装槽22开设在第一拉压板体21的表面上的一端位置，其形状可为长方体，其长度、宽度分别与等效焊接组件1中的上层金属板11的长度、宽度保持一致，其深度可为0.8mm，主要用于安装等效焊接组件1中的上层金属板11。第一受力凸台23设置在第一拉压板体21的表面上的另一端位置，与第一安装槽22正对，其宽度可为5mm，厚度可为3.4～5.4mm，主要用于与拉压驱动器的其中一侧输出端相连。
在关于第二拉压组件3的一种优选实施例中，该第二拉压组件3的结构与第一拉压组件2可相同，主要包括第二拉压板体31、第二安装槽32和第二受力凸台33。其中，第二拉压板体31为第二拉压组件3的主体结构，主要呈长条板状。第二安装槽32开设在第二拉压板体31的表面上的一端位置，主要用于安装等效焊接组件1中的下层金属板12。第二受力凸台33设置在第二拉压板体31的表面上的另一端位置，与第二安装槽32正对，主要用于与拉压驱动器的另一侧输出端相连。
如此，在通过第一拉压组件2和第二拉压组件3对等效焊接组件1进行剪切可靠性测试时，由于要保证两者对上层金属板11和下层金属板12施加的拉力(或压力)等大且反向，因此，可将第一拉压组件2和第二拉压组件3互相倒置，两者的朝向平行且相反、不共面。
如图5所示，图5为图1中所示的第一压紧板4或第二压紧板5的具体结构示意图。
考虑到在通过第一拉压组件2和第二拉压组件3对等效焊接组件1施加剪切力时，等效焊接组件1可能因为受力不稳而导致位移、晃动等，为避免影响剪切可靠性测试结果的准确性，本实施例中增设了第一压紧板4和第二压紧板5。其中，第一压紧板4压紧在第一拉压板体21的底面上，而第二压紧板5压紧在第二拉压板体31的底面上，并且第一压紧板4与第二压紧板5之间通过若干根螺栓等紧固件6实现互相拉紧固定。如此设置，即可通过第一压紧板4和第二压紧板5的作用，将第一拉压组件2和第二拉压组件3同时从上层金属板11、下层金属板12表面夹紧等效焊接组件1，防止其在测试过程中产生位移或晃动。
在关于第一压紧板4和第二压紧板5的一种优选实施例中，该第一压紧板4与第二压紧板5的结构可相同，比如均为长方体，其长度、宽度、厚度分别可为50mm、50mm、5mm。同时，在第一压紧板4与第二压紧板5的各个角落位置处均开设有紧固孔7，比如4个螺纹孔等，可方便地与紧固件6形成螺纹连接。
本实施例还提供一种SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试方法，主要包括三个步骤。
其中，在第一步中，首先依次参照待测SoC封装互连结构中的芯片金属层制作上层金属板11、参照待测SoC封装互连结构中的基板金属层制作下层金属板12、参照待测SoC封装互连结构中的焊料层制作连接层13，并将上层金属板11与下层金属板12通过连接层13使用待测SoC封装互连结构中的焊接工艺参数进行焊接成型，形成等效焊接组件1。
在第二步中，再将制作形成的等效焊接组件1与第一拉压组件2和第二拉压组件3形成连接。具体的，将第一拉压组件2的输入端与拉压驱动器的其中一侧输出端相连，并将第一拉压组件2的输出端与上层金属板11相连，同时将第二拉压组件3的输入端与拉压驱动器的另一侧输出端相连，并将第二拉压组件3的输出端与下层金属板12相连。其中，在连接时，需保证第一拉压组件2的输出端对上层金属板11的施力方向与第二拉压组件3的输出端对下层金属板12的施力方向保持平行(非共线)且反向。
在第三步中，当等效焊接组件1装夹完成后，即可启动拉压驱动器同时通过第一拉压组件2和第二拉压组件3对等效焊接组件1进行载荷加载，以对等效焊接组件1形成剪切应力效果，进而完成等效焊接组件1的剪切可靠性测试，该测试结果即等效为待测SoC封装互连结构的测试结果。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试装置，其特征在于，包括等效焊接组件(1)、第一拉压组件(2)、第二拉压组件(3)、拉压驱动器；
所述等效焊接组件(1)包括上层金属板(11)、下层金属板(12)和焊接于两者之间的连接层(13)，所述连接层(13)的焊接工艺参数与待测SoC封装互连结构中的焊料层的焊接工艺参数相同；
所述第一拉压组件(2)的输入端与所述拉压驱动器的其中一侧输出端相连，所述第一拉压组件(2)的输出端与所述上层金属板(11)相连；所述第二拉压组件(3)的输入端与所述拉压驱动器的另一侧输出端相连，所述第二拉压组件(3)的输出端与所述下层金属板(12)相连，且所述第一拉压组件(2)与所述第二拉压组件(3)的输出方向反向平行。
2.根据权利要求1所述的SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试装置，其特征在于，所述上层金属板(11)的形状参数与待测SoC封装互连结构中的芯片金属层的形状参数相同，所述下层金属板(12)的形状参数与待测SoC封装互连结构中的基板金属层的形状参数相同。
3.根据权利要求2所述的SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试装置，其特征在于，所述上层金属板(11)的材料参数与待测SoC封装互连结构中的芯片金属层的材料参数相同，所述下层金属板(12)的材料参数与待测SoC封装互连结构中的基板金属层的材料参数相同。
4.根据权利要求3所述的SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试装置，其特征在于，所述连接层(13)为纯锡焊料层、锡基焊料层、纯铟焊料层或铟基焊料层。
5.根据权利要求4所述的SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试装置，其特征在于，所述连接层(13)通过丝网刷膏工艺、气相沉积工艺或电镀工艺沉积在所述上层金属板(11)及所述下层金属板(12)的正对表面。
6.根据权利要求1-5任一项所述的SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试装置，其特征在于，所述第一拉压组件(2)包括第一拉压板体(21)、开设于所述第一拉压板体(21)表面一端并用于安装所述上层金属板(11)的第一安装槽(22)、设置于所述第一拉压板体(21)表面另一端并用于与所述拉压驱动器的其中一侧输出端相连的第一受力凸台(23)。
7.根据权利要求6所述的SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试装置，其特征在于，所述第二拉压组件(3)包括第二拉压板体(31)、开设于所述第二拉压板体(31)表面一端并用于安装所述下层金属板(12)的第二安装槽(32)、设置于所述第二拉压板体(31)表面另一端并用于与所述拉压驱动器的另一侧输出端相连的第二受力凸台(33)。
8.根据权利要求7所述的SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试装置，其特征在于，还包括压紧在所述第一拉压板体(21)底面的第一压紧板(4)和压紧在所述第二拉压板体(31)底面的第二压紧板(5)，且所述第一压紧板(4)与所述第二压紧板(5)之间通过若干根紧固件(6)互相拉紧。
9.根据权利要求8所述的SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试装置，其特征在于，所述第一压紧板(4)及所述第二压紧板(5)的各个角落位置处均开设有用于与所述紧固件(6)配合的紧固孔(7)。
10.一种SoC封装互连结构剪切可靠性等效测试方法，其特征在于，包括：
参照待测SoC封装互连结构中的芯片金属层制作上层金属板(11)、参照待测SoC封装互连结构中的基板金属层制作下层金属板(12)、参照待测SoC封装互连结构中的焊料层制作连接层(13)，并将所述上层金属板(11)与所述下层金属板(12)通过所述连接层(13)使用待测SoC封装互连结构中的焊接工艺参数进行焊接成型；
将第一拉压组件(2)的输入端与拉压驱动器的其中一侧输出端相连，并将所述第一拉压组件(2)的输出端与所述上层金属板(11)相连，同时将第二拉压组件(3)的输入端与拉压驱动器的另一侧输出端相连，并将所述第二拉压组件(3)的输出端与所述下层金属板(12)相连；
通过所述拉压驱动器分别对所述上层金属板(11)及所述下层金属板(12)同时加载平行且反向的拉力或压力。
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