元器件封裝可靠性認證試驗

作者：網（wǎng）絡編輯：瑞（ruì）凱儀（yí）器（qì）來源：網絡發布日期： 2020.08.29

元器件的可靠性可由固有的可靠性與使用的可靠性組成。其中固有可靠性由元器件的生產單位在元器件的（de）設計，工藝和原材（cái）料的選用等（děng）過程（chéng）中的質量的控製所決定，而使用的可靠性主要由使用方對元器件的選擇，采購，使用設（shè）計，靜電防護和篩選（xuǎn）等過程的質量（liàng）控製決定。大（dà）量的失（shī）效分析說明，由於固有缺陷導（dǎo）致的元器（qì）件失效與使用不當造成的失效各占50%，而對於原器件的製造可分為微電子的芯片製造和微電子的封裝製造。均有可靠度的要求（qiú）。其中下麵將介紹的是封裝的可靠度在業界一般的認證。而對於封裝的流程（chéng）這裏不再說明。

1、焊接能力的測試

做這個試驗時，取樣數量通常用高的LTPD的低數目(LTPD=50%=5PCS)。測試時須在93度（dù）的水流中浸過8小時，然後，如為含鉛封裝樣品，其導線腳就在245度(+/-5 度誤差)的焊材中浸放5秒；如是無鉛封裝樣品，其（qí）導線腳就在260度(+/-5 度誤差)焊材中浸放5秒。過後，樣品在放（fàng）大倍率為10-20X 的光學（xué）顯微鏡儀器檢驗。
驗證的條件為：至少導線腳有95%以上的麵（miàn）積均勻的沾上焊材。當然在MIS-750D的要求中也有說明可焊性的前處理方法叫水汽（qì）老化，是將被測樣品暴露於特製的可以加濕的水蒸汽中8+-0。5小時，其（qí）實際的作用與前（qián）麵的方法一樣。之後要進行（háng）幹燥處理才能做浸錫處理。

2、導線疲乏（fá）測試

這測試是用來檢驗導線腳接受外來機械力的忍受程度。接（jiē）受試驗的樣品也為LTPD的低數目(LTPD=50%=5PCS)，使試樣放（fàng）在特殊的儀器（qì）上，如為SOJ或TSOP型封裝的小產品，應加2OZ的力於待測腳。其它（tā）封裝的（de）產品，加8OZ於待測腳上。機器接著使產品腳受力方（fāng）向作90度旋轉，TSOP的封裝須旋轉兩次，其它封裝的要3次旋轉。也可以根據實際情況（kuàng）而（ér）定。然後用放在倍數為10-20X倍的放：大鏡檢驗。
驗證的（de）條件為（wéi）：導線腳無任何受機（jī）械力傷害的痕跡。

3、晶粒結合強度測試

作這樣的（de）測試時，樣品的晶粒須接受推力的作（zuò）用，然後用放大倍（bèi）數10-20X的光學儀器檢驗。驗證的條件為：晶粒與銀膠之間附著間無（wú）任何相互脫開的痕跡。

4、線接合強度的測試

作這（zhè）個測試包括兩種：線（xiàn）的拉力測試與連接球（qiú）推扯力測試。二者都有專門的測試（shì）機（jī）器。對不同的線徑，業（yè）界（jiè）有不同的標準（zhǔn）。加力過（guò）後，樣品用放大倍率10-20X的光學顯微鏡檢驗。驗證的條件為：連接線與連接球無任何機械力傷害痕（hén）跡。
以上的四（sì）種試（shì）驗（yàn）樣品的數目則（zé）通常用高的LTPD 的低數目。通常為LTPD=50%=5。這是屬於力學的範（fàn）圍。這些與所用（yòng）的材料有相應的（de）關（guān）聯。

下麵所要介紹的試驗是長（zhǎng）時間的壽命型試驗，樣品的選（xuǎn）擇可以參考如下LTPD取樣表來進行，一（yī）般的業界都用此（cǐ）方法。其（qí）實（shí）取樣的目（mù）的是讓這些產品足夠大，可以代表批的（de）壽命，但樣品大，又考慮到試驗的成本，作衰敗式的可靠度的測（cè）試，樣（yàng）品數在百顆以內就夠了。表中C下行取樣的等級，也就是允許也就是允（yǔn）許失效數量，C橫行為（wéi）序列，LTPD相應的等級為10、7、5、3、2、1。5、1。

1、前處理試驗(Pre-counding)

這個試驗在作（zuò）後麵所述的試驗前依照產品對濕度的敏感度的要求，所做的封裝（zhuāng）產品的前處理。首先，所有待測品都要（yào）放入125℃的烤箱中進行烘烤（kǎo）24小時（shí），然後濕氣敏感度的測試，也就是（shì）放入恒溫恒濕（shī）箱中進行濕氣敏感測試。一般按MSL的等（děng）級進（jìn）行考核，如下表中（zhōng）說明：

表二（èr）

所選用的等級要求，可以按生產商的實際情況或按客戶的要求而定。從表可以看出等級一要（yào）求產品可以無限製（zhì）的時間，儲存於30度/85%的相對濕度中，其它等級可以以此類推。經過潮濕敏感（gǎn）度的試驗後，所有產（chǎn）品（pǐn）要經過（guò）溫度的變化過程的紅（hóng）外（wài）線(IR)回流焊三次。無鉛封裝的產品，IR回流焊的溫度為260度(+5度/0度)。這是因為無鉛製程與有鉛製程的產品熔點不一，所以回流焊的（de）溫度也不能相同。回流焊的曲線要執行以下表中進行：

接（jiē）著要做產品的外觀檢察，使用光（guāng）學顯微（wēi）鏡(40X)檢查組件有無外部裂縫，接著（zhe）做電測檢察，後進行超音波顯微鏡檢查：對所有的組件，執行掃描式音（yīn）波顯微鏡分析。這才是完整的前處理試驗。

2、溫度循環試驗 (TCT test)

在業界TCT測（cè）試的（de）溫度的上下限，通常分別定在150℃及-50℃。也可能參照一下JESD20的相關規定去做，這是由客戶與工廠所確定。每次的溫度停留時間各為10分鍾。轉變溫度的過度（dù）時（shí）間為15分鍾。溫度循環次數規（guī）定為250次。每一溫度循（xún）環之後，應作產（chǎn）品的後的測試。應全部為良品。才算是合格。也有（yǒu）要求在TCT後（hòu）做線接合強度的測試，晶粒強度的測試，或進行平麵描顯微鏡測（cè）試(簡稱SAT)。以確（què）定封裝方麵的傷害。此試驗的目的是為了（le）查看封裝內部不同物層之間熱膨脹的係數(CTE)有可能差異過大而（ér）對產品引起的不同物層間界麵的脫離，膠體或晶粒的破（pò）裂。一-般可用（yòng）以下算試來做算TCT產生的加速因子 ( AF)：

3、溫（wēn）度/濕度/偏壓試（shì）驗(THB test)

THB測試也（yě）就是通常（cháng）說的H3TRB試驗，其實這種叫法（fǎ）是源於（yú）高溫，高濕，高電壓（yā）的測試，THB的測試條件通常為85%的相對濕度，85 度及（jí）1。1Vcc(靜態)，時間（jiān）一般為1000小時。其間可以在168。500小時等停下來（lái）作各種測試。其試驗的主要目的是在於激發鋁金屬的腐蝕，如發現有任何的故障，就先確認是否於（yú）這個模式有關（guān）。偏壓（yā）的加入是為鋁腐（fǔ）蝕所需要電解作（zuò）用提供加速之源，這個試驗（yàn）的AF估算一般為下：

AF-2

4、高加速加壓試驗(HAST test)

這（zhè）個試驗可以和THB目的（de）相同，因為THB的測試條件很難激發IC產（chǎn）品中的鋁金屬的腐（fǔ）蝕。又因為其試（shì）驗時間（jiān）長，現在日本的一些企業（yè）大（dà）都采用了HAST來代替之。因為測試的溫度（dù）比THB增加了45℃，AF約增加了10 倍以上（shàng），因（yīn）此，HAST的（de）測試時間被定在100以內完成的，大大地縮短了封裝可靠度認證時間。
試（shì）驗後的樣（yàng）品檢驗（yàn），如發（fā）現（xiàn）有任何樣品故障（zhàng），與HTOL試驗一樣，重要的要緊（jǐn）做故障分析，查出故（gù）障的原因，對症下藥。

5、壓力鍋試驗(PCT test)

PCT所能激發（fā）的封裝故障模態與HAST類似。二者提供的AF也相差無幾。PCT一般為168或96小時。PCT試驗引起封（fēng）裝（zhuāng）在高溫，高（gāo）濕，高氣（qì）壓（yā）條件下對濕度的抵抗能力，失效引起的方（fāng）式常有焊線拉起，芯片/芯片基座（zuò）粘附性差，界麵剝離，焊接基座的腐蝕，金屬化合或（huò）是引線開路等等。

6、錫（xī）須試驗 (Tin whisker growth test)

從2007年7月開始，歐盟基（jī）本上，禁止含鉛的（de）製品進入歐盟（méng）共同市場，所以一向以鍍錫鉛合（hé）金的焊接導線（xiàn）腳的IC封裝，已大部（bù）份被無鉛製程的IC封裝所取代，無鉛製程的IC經常（cháng）時間使用後，會產生類似胡須的小晶粒的生成，從而促成相近兩腳產生短路現象，所以有所謂的錫須生長的測試，錫須生長的測試有（yǒu）如下表中的方（fāng）式進行，且有三個不同（tóng）的等級：

    主要是以下三個等級（jí）去做試驗：
    （1）將樣品儲存在55度/85%相對濕度下，至少要（yào）4000小時，觀察錫須的（de）長度（dù）隨時間的變（biàn）化。
    （2）將樣（yàng）品儲（chǔ）存在30度/60%的相對濕度下，至少要4000小時，觀察錫須長度與（yǔ）時間的變化。
    （3）將樣品作從-40度至85度(或是做-55度到85度（dù）)TCT試驗（yàn），至少要1500個循（xún）環，觀察錫須長（zhǎng）度與時間的變化。

樣品測（cè）試（shì）的數（shù）量以50%的LTPD來進行，故障的（de）判定是以錫須的生長不能超過某一規定的範圍（wéi）， (一（yī）般來講為50um) ，也可以參閱下表中的說明：

上述的這些試驗是都是長時間的壽命試驗，除了THB為評估金屬腐蝕的阻抗力須加電壓，基（jī）本上屬於化學（xué）性質方麵的測試。
綜上所（suǒ）說的內（nèi）容為針對（duì）不密封式封裝的可（kě）靠性的（de）試（shì）驗，一般來講是針對塑（sù）料封裝的為主，當然所提及的試驗（yàn）也有其他的一（yī）些試驗像高溫試驗，鹽霧試（shì）驗等（děng）等。要結合公司（sī）的情況與客戶的合理要求而定，不隻要局限（xiàn）於此，讀（dú）者也可參考（kǎo）JESD47G的規定的說明再加以對產品的可（kě）靠性的理（lǐ）解。

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