随着智能手机、汽车电子、通信、高性能计算及物联网设备向小型化、高集成度发展，SiP封装（System in Package，系统级封装）的应用越来越广泛。SiP通过封装与互连技术，将多颗芯片及部分无源器件集成在一个封装系统中，但芯片数量和互连结构增加后，芯片贴装、键合线、倒装凸点及BGA焊球等位置也面临机械连接可靠性问题。
那么，SiP封装可靠性如何测试？SiP需要做哪些推拉力测试？本文科准测控小编从SiP封装结构出发，介绍其主要机械连接及常见失效问题，并重点解析Die Shear芯片剪切、Wire Pull键合线拉力、Bump Shear凸点剪切和Ball Shear焊球剪切以及Alpha-W260自动推拉力测试机测试方法。
一、SiP封装是什么？
SiP全称System in Package，即系统级封装。通过封装与互连技术，将两颗或多颗不同功能的芯片以及其他必要器件集成在一个封装体内，形成能够实现一定系统功能的封装产品。
SiP内部可以集成处理器、存储器、射频芯片、电源管理芯片、MEMS器件以及电阻、电容等不同器件，具体组成取决于产品设计。
二、SiP封装有哪些机械连接结构？
1. 芯片贴装连接（Die Attach）
SiP内部通常集成多颗裸芯片，不同芯片可以采用不同方式安装在封装基板上。
对于采用Die Attach方式安装的芯片，需要重点关注芯片与粘接/焊接层、焊接层与封装基板之间的机械结合状态；
如果采用Flip Chip结构，则需要关注芯片底部的焊料凸点、铜柱凸点等倒装互连结构；
2. 键合线连接（Wire Bond）
对于采用Wire Bond结构的SiP，其机械连接主要集中在芯片焊盘—键合线—基板焊盘这一互连路径。
3. 倒装凸点连接（Flip Chip）
如果SiP内部芯片采用Flip Chip倒装方式，则芯片底部会通过大量微小凸点与封装基板连接。
根据具体封装工艺，可采用焊料凸点、铜柱凸点等结构。
4. 芯片堆叠连接
部分SiP为了进一步提高封装密度，会采用多芯片堆叠结构。
这种情况下，除了底层芯片与基板之间的连接，还需要关注芯片与芯片之间的粘接、焊接及相关互连结构。
5. BGA焊球连接
采用BGA外部互连的SiP，其封装基板底部会排列大量焊球。
这些焊球用于后续实现SiP封装 → BGA焊球 → PCB之间的板级连接。
因此，BGA焊球也是SiP机械可靠性测试中比较典型的测试对象。
三、 SiP封装可靠性如何测试？
由于SiP内部可能同时存在多种封装技术，其机械失效位置也多样，应选择对应的测试方法：
1. SiP芯片贴装失效——Die Shear芯片剪切测试
如果SiP内部芯片与封装基板之间的贴装工艺存在异常，可能出现界面分离、粘接层破坏、焊接层失效或芯片脱落等问题。针对这类结构，可以进行Die Shear芯片剪切测试。
测试方法：将SiP样品或相应封装半成品固定在测试平台上，选择与芯片尺寸匹配的推刀。
推刀移动至芯片侧面，在规定位置沿平行于基板方向加载，直至芯片或连接区域发生失效。
测试过程中记录：最大剪切力、力—位移曲线及失效状态。测试完成后，还需要观察芯片和基板表面的残留情况，进一步判断破坏发生在芯片贴装材料内部还是相关连接界面。
2. SiP键合线失效——Wire Pull键合线拉力测试
对于采用Wire Bond结构的SiP，键合线数量可能较多，并且不同芯片之间的线径、线弧高度及键合位置也可能存在差异。如果键合工艺异常，可能出现线弧断裂、第一键合点脱离、第二键合点脱离、焊盘相关破坏等情况。针对这类连接，可采用Wire Pull键合线拉力测试。
测试方法：将拉钩移动至目标键合线下方，在规定位置向上加载，直至键合线或键合区域发生失效。设备记录最大拉力，同时根据断裂位置进行失效模式分析。判断到底是线断了，还是键合点发生了脱离。
3. SiP倒装凸点失效——Bump Shear凸点剪切测试
如果SiP内部部分芯片采用Flip Chip倒装结构，则芯片与封装基板之间还存在大量微小凸点。
这些凸点可能出现焊料破坏、界面分离、UBM相关失效或焊盘剥离等问题。针对可进行单凸点机械测试的样品，可以采用Bump Shear凸点剪切测试。
测试方法：使用微型推刀对准目标凸点，在设定剪切高度下沿水平方向加载，直至凸点发生破坏。测试后结合最大剪切力 + 力—位移曲线 + 凸点残留状态分析单颗倒装凸点的机械连接质量。
4. SiP BGA焊球失效——Ball Shear焊球剪切测试
对于采用BGA作为外部互连结构的SiP，底部焊球在制造和后续装联过程中可能出现焊料破坏、界面分离、焊盘剥离或焊球脱落等问题。针对单颗BGA焊球，可以进行Ball Shear焊球剪切测试。
测试方法：推刀移动至目标焊球侧面，在规定剪切高度下沿水平方向加载，直至焊球发生失效，并记录最大剪切力及力—位移曲线。
如果SiP底部具有规则排列的大量BGA焊球，还可以进一步建立焊球测试矩阵。例如：A1 → A2 → A3 → B1 → B2 → B3……设备按照预设位置连续完成Ball Shear测试，同时将每个位置与对应测试结果进行记录。这样更适合分析SiP底部中心、边缘、角部等不同区域焊球的机械强度及一致性。
四、SiP推拉力测试可以参考哪些标准？
由于SiP并不是一种结构固定的单一封装，因此实际测试通常需要根据具体互连结构、测试项目以及产品技术要求选择相应的试验方法。
例如，半导体封装机械强度测试中常涉及以下标准或试验方法：
1、MIL-STD-883 Method 2019《Die Shear Strength》
主要涉及微电子器件芯片剪切强度测试，可用于Die Shear相关测试参考。
2、MIL-STD-883 Method 2011《Bond Strength (Destructive Bond Pull Test)》
涉及键合强度破坏性拉力测试，可用于Wire Pull等键合可靠性测试参考。
3、JEDEC JESD22-B116《Wire Bond Shear Test Method》
针对线键合结构的剪切测试方法，适用于相应键合结构的机械强度评价。
4、JEDEC JESD22-B117《Solder Ball Shear》
针对焊球剪切测试，可作为BGA焊球及适用焊料凸点剪切测试的方法参考。
以上就是科准测控小编为您介绍的SiP系统级封装结构、常见机械失效问题及推拉力测试方法。SiP并不是一种结构固定的封装形式，因此其可靠性测试也需要根据具体产品确定。如果您有关于SiP推拉力测试、SiP芯片剪切、SiP金线拉力、SiP焊球剪切、Bump Shear、Ball Shear或Alpha-W260自动推拉力测试机选型等方面的疑问和测试需求，欢迎联系科准测控，获取免费的专业技术支持。
