Trong quy trình sản xuất linh kiện điện tử, độ bền và tính toàn vẹn của các mối hàn siêu âm dưới tác động ngoại lực là yếu tố then chốt quyết định đến hiệu suất và tuổi thọ của sản phẩm. Shear Testing – hay kiểm tra cắt – đánh giá độ bám dính và tính toàn vẹn cơ học của các mối liên kế một cách chính xác và đáng tin cậy.

Shear Test Là Gì?

Giống với Pull Test, Shear Test cần công cụ là Bond Tester thực hiện kiểm tra. Ở đây một công cụ hình nêm (wedge tool) hoặc hình dạng như lưỡi dao (chisel-shaped tool) sẽ được đặt sát vào phía sau linh kiện hoặc điểm liên kết cần kiểm tra. Sau đó, bàn đặt mẫu X-Y sẽ di chuyển phương ngang về phía công cụ, tác động lực theo phương vuông góc với bề mặt liên kết tạo ra lực cắt cho đến khi mối liên kết bị phá vỡ.

Lực cắt được đo và ghi lại chính xác trong quá trình này, từ đó cho ra kết quả kiểm tra phản ánh độ bền cơ học của mối liên kết.

Shear Test là một phương pháp kiểm tra phá hủy, trong đó một lực tác động theo phương ngang (lateral load) được áp dụng lên mẫu để “cắt đứt” liên kết giữa thành phần và bề mặt gắn kết của nó. Quá trình này cho phép ta đo được lực tối đa cần thiết để phá vỡ liên kết, từ đó đánh giá được chất lượng và độ bền cơ học của mối nối.

Nguyên lý hoạt động

Ở nội dung bài viết này, NudgeInspect sẽ đề cập hai phương pháp kiểm tra phổ biến nhất đó là:

1. Ball Shear – Kiểm Tra Cắt Bi Hàn

Đây là bài kiểm tra phổ biến với các liên kết vi mô dạng bi (wire/solder balls). Một mũi dao cắt dạng dẹt (chisel) sẽ được đặt phía sau bi hàn, sau đó tác động lực đẩy cho đến khi bi bị cắt khỏi bề mặt đế.

2. Die Shear – Kiểm Tra Cắt Chip/Linh Kiện

Phương pháp này được sử dụng để đánh giá độ bám dính của cả linh kiện hoặc chip gắn lên substrate. Các bài test die shear có thể yêu cầu lực rất lớn, lên đến 200 kg đối với những liên kết có diện tích tiếp xúc rộng.

Một số lưu ý quan trọng khi thực hiện Shear Test

• Đảm bảo kích thước dao cắt bao phủ ≥80% diện tích của bi hoặc linh kiện.

• Nếu dao cắt lớn hơn 100%, cần kiểm tra kỹ để tránh chạm vào các thành phần xung quanh.

• Linh kiện cần được đặt chính giữa với dao cắt để đảm bảo lực tác động đều và chính xác.

• Vị trí tiếp xúc của dao nên nằm ở mép gần như vuông góc với bề mặt đế.

Để đạt được kết quả kiểm tra chính xác và lặp lại, các thông số kỹ thuật cần được cấu hình đúng trên máy Bondtester. Dưới đây là các thông số cốt lõi bạn cần nắm rõ:

Land Speed (LS): Tốc độ hạ đầu công cụ lên mẫu thử. Được đo bằng mm/s, thông số này ảnh hưởng đến mức độ “mềm” của quá trình tiếp xúc ban đầu. Với các linh kiện mỏng manh, nên chọn tốc độ chậm để tránh làm hư hại mẫu.

Shear Height (SH): Là chiều cao cố định giữa đầu công cụ và bề mặt mẫu trước khi bắt đầu quá trình shear. Sau khi tiếp đất, đầu công cụ sẽ được nâng lên khoảng cách này để đảm bảo kiểm tra tại đúng độ cao.

Test Speed (TS): Tốc độ di chuyển ngang trong khi kiểm tra, được tính bằng μm/s hoặc mm/s. Tốc độ nhanh sẽ tăng năng suất kiểm tra, nhưng tốc độ chậm có thể giúp phát hiện thêm các cơ chế hư hỏng như hiện tượng "creep".

Test Load (TL): Lực tối thiểu cần đạt để mẫu được xem là đạt (pass). Nếu lực shear thấp hơn giá trị này, mẫu bị đánh giá là không đạt.

Max Test Load (MTL): Giới hạn trên của lực kiểm tra. Các mẫu có lực shear nằm trong khoảng giữa TL và MTL được coi là đạt yêu cầu. Mẫu có lực thấp hơn TL hoặc cao hơn MTL sẽ bị đánh giá là lỗi.

Overtravel (OT): Là khoảng cách mà đầu công cụ sẽ tiếp tục di chuyển sau khi phá vỡ liên kết để rời khỏi vùng kiểm tra. Điều này hỗ trợ cho việc quan sát hậu kiểm dễ dàng hơn.

Max Shear Distance: Khoảng cách giới hạn đầu công cụ có thể di chuyển trong quá trình shear. Thông số này giúp tránh va chạm với các linh kiện khác xung quanh vùng kiểm tra, nhất là khi làm việc với các module dày đặc.