1、概述
    在芯片完成整(zheng)個封(feng)裝流程之后，封(feng)裝廠(chang)會對其產品(pin)進行質量和可(ke)靠性兩方(fang)面的檢測(ce)。
    質(zhi)量(liang)檢測(ce)主要檢測(ce)封(feng)裝后芯片(pian)的(de)可用(yong)性(xing)，封(feng)裝后的(de)質(zhi)量(liang)和性(xing)能情況，而可靠性(xing)則是對封(feng)裝的(de)可靠性(xing)相關參數的(de)測(ce)試。
    首(shou)先，我們(men)必須理解什么叫做“可(ke)靠(kao)性(xing)”，產(chan)(chan)品的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)即產(chan)(chan)品可(ke)靠(kao)度(du)的(de)性(xing)能，具體表(biao)現(xian)在產(chan)(chan)品使(shi)用時(shi)是(shi)否容易出故障，產(chan)(chan)品使(shi)用壽命(ming)是(shi)否合理等。如果說“品質”是(shi)檢(jian)測(ce)產(chan)(chan)品“現(xian)在”的(de)質量的(de)話(hua)，那么“可(ke)靠(kao)性(xing)”就(jiu)是(shi)檢(jian)測(ce)產(chan)(chan)品“未(wei)來”的(de)質量。

    圖(tu)（1）所示(shi)的(de)統計學上的(de)浴盆曲線(xian)（Bathtub Curve）很清晰地(di)描述了生產廠商對產品可靠(kao)性的(de)控(kong)制(zhi)，也同(tong)步描述了客戶對可靠(kao)性的(de)需求(qiu)。

    上圖(tu)所示的(de)(de)早夭(yao)區是(shi)指(zhi)短時(shi)間內(nei)就會被損壞的(de)(de)產(chan)(chan)(chan)品(pin)，也是(shi)生產(chan)(chan)(chan)廠商需要淘汰的(de)(de)，客戶所不能接(jie)受(shou)(shou)的(de)(de)產(chan)(chan)(chan)品(pin)；正(zheng)常(chang)使(shi)用(yong)(yong)(yong)壽命區代表客戶可以接(jie)受(shou)(shou)的(de)(de)產(chan)(chan)(chan)品(pin);耐用(yong)(yong)(yong)區指(zhi)性能特別好，特別耐用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)產(chan)(chan)(chan)品(pin)。由圖(tu)上的(de)(de)浴缸曲(qu)線可見，在早天區和耐用(yong)(yong)(yong)區，產(chan)(chan)(chan)品(pin)的(de)(de)不良(liang)(liang)率一(yi)般比(bi)較(jiao)高。在正(zheng)常(chang)使(shi)用(yong)(yong)(yong)區，才有比(bi)較(jiao)穩(wen)定(ding)(ding)的(de)(de)良(liang)(liang)率。大部分產(chan)(chan)(chan)品(pin)都是(shi)在正(zheng)常(chang)使(shi)用(yong)(yong)(yong)區的(de)(de)。可靠(kao)性測(ce)試就是(shi)為了分辨(bian)產(chan)(chan)(chan)品(pin)是(shi)否屬于正(zheng)常(chang)使(shi)用(yong)(yong)(yong)區的(de)(de)測(ce)試，解(jie)決皁期開發中產(chan)(chan)(chan)品(pin)不穩(wen)定(ding)(ding)，良(liang)(liang)率低等問題(ti)，提高技(ji)術，使(shi)封裝(zhuang)生產(chan)(chan)(chan)線達到高良(liang)(liang)率，穩(wen)定(ding)(ding)運(yun)行的(de)(de)自的(de)(de)。
    在(zai)(zai)封裝(zhuang)業的(de)(de)發展史上，早期的(de)(de)封裝(zhuang)廠(chang)(chang)商并不把可(ke)(ke)靠(kao)性測試(shi)放在(zai)(zai)位，人們重(zhong)視(shi)的(de)(de)是產能(neng)，只要一定生產能(neng)力就能(neng)贏利。到了90年代(dai)(dai)，隨著封裝(zhuang)技術(shu)的(de)(de)發展，封裝(zhuang)廠(chang)(chang)家也逐漸增多，產品(pin)質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)就擺到了重(zhong)要位置(zhi)，誰(shui)家產品(pin)的(de)(de)質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)好，就占優勢，于(yu)是質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)問題(ti)是主要的(de)(de)竟(jing)爭點和研(yan)究(jiu)方向。進入21世紀，當質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)問題(ti)基本解(jie)決以后，廣廠(chang)(chang)商之間的(de)(de)競(jing)爭放在(zai)(zai)了可(ke)(ke)靠(kao)性上，同等質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)，消費者自然(ran)喜歡高可(ke)(ke)靠(kao)性的(de)(de)產品(pin)，于(yu)是可(ke)(ke)靠(kao)性越(yue)發顯示其重(zhong)要性，高可(ke)(ke)靠(kao)性是現代(dai)(dai)封裝(zhuang)技術(shu)的(de)(de)研(yan)發的(de)(de)重(zhong)要指標(biao)。
    2、可靠(kao)性測試(shi)項目

    一般封裝廠的可靠性測試項(xiang)目有6項(xiang)，如表1所(suo)示

    各(ge)個測試(shi)項都有一(yi)定的目的，針對性和(he)具體方法，但就測試(shi)項目而言，基本上都與溫度，濕(shi)度，壓強等環境參數有關，偶爾還會加上偏壓等以制造(zao)惡劣破壞環境來達(da)到測試(shi)產品可靠性的自的。
    各(ge)(ge)個測試項目大都采用采樣的(de)方法，即(ji)隨(sui)機抽查(cha)一(yi)定數量產品的(de)可靠(kao)性(xing)測試結果(guo)來斷(duan)定生產線是否通過可靠(kao)性(xing)測試。各(ge)(ge)個封裝(zhuang)廠的(de)可靠(kao)性(xing)判定標(biao)準也各(ge)(ge)不相同(tong)，實(shi)力雄厚的(de)企業一(yi)般(ban)會用較高水準的(de)可靠(kao)性(xing)標(biao)準。

    6種測(ce)試(shi)項(xiang)目(mu)是(shi)(shi)有先(xian)后順(shun)序的(de)(de)(de)，如(ru)圖（2)所(suo)示(shi)。Preconditioning Test是(shi)(shi)首先(xian)要進(jin)行(xing)的(de)(de)(de)測(ce)試(shi)項(xiang)目(mu),之后進(jin)行(xing)其他(ta)5項(xiang)的(de)(de)(de)測(ce)試(shi)。之所(suo)以(yi)有這種先(xian)后順(shun)序,是(shi)(shi)由PRECON TEST的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)決定的(de)(de)(de)，在以(yi)下的(de)(de)(de)章節中(zhong)，我們分別講述各種測(ce)試(shi)的(de)(de)(de)具體內(nei)容(rong)，目(mu)的(de)(de)(de)。鑒于(yu)PRECON TEST特殊性(xing)，將(jiang)放在后介(jie)紹。

    3、T/C測試（溫度循(xun)環(huan)測試）
    T/C (Temperature Cycling)測試，即溫(wen)度循環測試。

    溫度循環試驗箱如圖3所示，由一個熱氣腔，一個冷氣腔組成，腔內分別填充著熱冷空氣（熱冷空氣的溫度各個封裝廠有自己的標準，相對溫差越大，通過測試的產品的某特性可靠性越高)。兩腔之間有個閥門，是待測品往返兩腔的通道。

    在封(feng)裝芯片做(zuo)T/C測試的時候，有4個(ge)參數，分別為熱腔(qiang)(qiang)溫度(du)，冷(leng)腔(qiang)(qiang)溫度(du)，循環次數，芯片單次單腔(qiang)(qiang)停留時間。

    如表2所示的參數就代表T/C測(ce)(ce)試(shi)(shi)時(shi)把封裝(zhuang)后(hou)的芯片放(fang)(fang)在150℃的溫(wen)度循環試(shi)(shi)驗箱15分(fen)鐘(zhong)，再通(tong)過閥門放(fang)(fang)入-65℃的低(di)溫(wen)箱15分(fen)鐘(zhong)，再放(fang)(fang)入高溫(wen)箱，如此反復1000次。之后(hou)測(ce)(ce)試(shi)(shi)電(dian)路性能以檢測(ce)(ce)是(shi)否(fou)通(tong)過T/C可靠性測(ce)(ce)試(shi)(shi)。
    從(cong)T/C的測(ce)(ce)試(shi)方法已經可(ke)以看出，T/C測(ce)(ce)試(shi)得主要目的是測(ce)(ce)試(shi)半導體封裝體熱(re)脹冷縮的耐久(jiu)性(xing)。

    在(zai)(zai)封(feng)裝體(ti)(ti)(ti)中(zhong)(zhong)，有(you)許多(duo)種材料(liao)(liao)，材料(liao)(liao)之間都有(you)相應(ying)的(de)(de)結合(he)面，在(zai)(zai)封(feng)裝體(ti)(ti)(ti)所處環(huan)境的(de)(de)溫度有(you)所變(bian)化時，封(feng)裝體(ti)(ti)(ti)內各種材料(liao)(liao)就會(hui)有(you)熱(re)脹(zhang)冷縮效(xiao)應(ying)，而且材料(liao)(liao)熱(re)膨脹(zhang)系數(shu)不(bu)同，其(qi)熱(re)脹(zhang)冷縮的(de)(de)程度就有(you)所不(bu)同，這(zhe)樣原(yuan)來緊密結合(he)的(de)(de)材料(liao)(liao)結合(he)面就會(hui)出現問題(ti)。圖(tu)示4是(shi)以Lead frame封(feng)裝為例，熱(re)脹(zhang)冷縮是(shi)的(de)(de)具體(ti)(ti)(ti)情況：其(qi)中(zhong)(zhong)主要的(de)(de)材料(liao)(liao)包括lead frame的(de)(de)Cu材料(liao)(liao)，芯片(pian)(pian)的(de)(de)硅(gui)材料(liao)(liao)，連(lian)接用的(de)(de)金線材料(liao)(liao)，還(huan)有(you)芯片(pian)(pian)粘(zhan)接的(de)(de)膠體(ti)(ti)(ti)材料(liao)(liao)。其(qi)中(zhong)(zhong)EMC與硅(gui)芯片(pian)(pian)，Lead frame有(you)大面積基礎，比較容易脫層，硅(gui)芯片(pian)(pian)與粘(zhan)合(he)的(de)(de)硅(gui)膠，硅(gui)膠和leadframe之間也(ye)會(hui)在(zai)(zai)T/C測(ce)試中(zhong)(zhong)失效(xiao)。

    再由圖5來看一(yi)下(xia)T/C測試(shi)中的幾(ji)個失效模型。

    4、T/S測(ce)試（冷(leng)熱(re)沖(chong)擊測(ce)試）
 ;   T/S test (Thermal Shock test）即測試封(feng)裝體抗熱沖(chong)擊(ji)的能(neng)力。

    T/S測(ce)試(shi)(shi)和T/C測(ce)試(shi)(shi)有點類似，不同(tong)的是T/S測(ce)試(shi)(shi)環境是在高溫液體中轉換，液體的導(dao)熱(re)比空(kong)氣快，于是有較(jiao)強的熱(re)沖擊力。

    例如表3所示(shi)的(de)(de)參數，就代表在2個隔(ge)離(li)的(de)(de)區域分(fen)(fen)別放入150℃的(de)(de)液體(ti)和-65℃的(de)(de)液體(ti)，然后(hou)把封裝(zhuang)產(chan)品放入一個區，5分(fen)(fen)鐘后(hou)再裝(zhuang)入另(ling)一個區，由(you)于溫(wen)差大，傳熱(re)環境好(hao)，封裝(zhuang)體(ti)就受到很(hen)強的(de)(de)熱(re)沖(chong)(chong)擊，如此往復1000次，來測試(shi)產(chan)品的(de)(de)抗熱(re)沖(chong)(chong)擊性，終也是(shi)通過測試(shi)電路的(de)(de)通斷(duan)情況斷(duan)定產(chan)品是(shi)否TS可靠性測試(shi)。

    5、HTS測試
 ;   HTS (High temperature Storage)測(ce)試，是測(ce)試封裝體長時間暴露在高溫環境下的(de)耐久性實驗。

    HTS測試是把封裝產品長時間放置在高溫氮氣烤箱中，然后測試它的電路通斷情況。

    如表(biao)4參(can)數表(biao)示封(feng)裝放(fang)置在150℃高溫氮(dan)氣烤箱中(zhong)1000小時(圖7中(zhong)）。
    HTS測試是(shi)因為在(zai)高溫條件下，半導體(ti)構成物質(zhi)(zhi)的活化性增強，會有物質(zhi)(zhi)間的擴散作(zuo)用，而導致電(dian)氣的不良發生，另外因為高溫，機械性較弱的物質(zhi)(zhi)也容易損壞。

    例如圖8所示的(de)kirkendall孔(kong)洞產生就(jiu)是因為物質可擴散(san)作用造成(cheng)的(de)。

    在金(jin)(jin)線和芯(xin)片的(de)結合面(mian)上，它的(de)材(cai)料(liao)結構依(yi)次為:鋁(lv)，鋁(lv)金(jin)(jin)合金(jin)(jin)，金(jin)(jin)，在高溫的(de)狀態下(xia)，金(jin)(jin)和鋁(lv)金(jin)(jin)屬(shu)都變得(de)很活躍，相互會擴(kuo)散，但是由于鋁(lv)的(de)擴(kuo)散速度比金(jin)(jin)要(yao)快，所以在鋁(lv)的(de)界面(mian)物質就(jiu)(jiu)變少，就(jiu)(jiu)形成了孔洞(dong)。這(zhe)樣(yang)就(jiu)(jiu)造成電路性能不好，甚至(zhi)導致斷路。
  ;  那么如何解(jie)決HTS可靠性測試不(bu)良的問題(ti)呢?
    首(shou)先在特定(ding)情(qing)況(kuang)下(xia)，我們可(ke)以選(xuan)擇使用同種物(wu)質結合電路(lu)，比(bi)如軍(jun)事(shi)上，金線用鋁線代替，這樣就不會因(yin)為金屬(shu)間(jian)的(de)擴散而(er)產生不良了。
    我們(men)也(ye)可(ke)以用摻雜物質作中介層來抑制物質間的(de)相互(hu)擴(kuo)散(san)(san)。當(dang)然還有一(yi)種方(fang)法就是避免(mian)把封裝體(ti)長時間在高(gao)溫下放(fang)置，沒有長時間的(de)高(gao)溫環(huan)境(jing)，自然不會(hui)有擴(kuo)散(san)(san)導致失效的(de)結果了。
    6、TH測試

    TH (Temperature & Humidity)測試(shi)，是測試(shi)封裝(zhuang)在高(gao)溫潮濕環境下(xia)的耐(nai)久性的實(shi)驗

    實驗(yan)結束時(shi)也是(shi)靠測定封裝體(ti)電路的通斷特性(xing)來斷定產品是(shi)否有優(you)良的耐高溫(wen)濕性(xing)。
在TH測(ce)試中，由于EMC材料(liao)有一定的吸濕(shi)性，而(er)內部電路(lu)在潮濕(shi)的環境下，很容易導致漏電，短路(lu)等效應。
    為了有(you)更好(hao)的(de)(de)防(fang)濕性(xing)(xing),我(wo)們會選擇(ze)使(shi)用陶瓷封裝來代替(ti)塑(su)料(liao)封裝，因為塑(su)料(liao)封裝的(de)(de)EMC材(cai)料(liao)比較(jiao)容易吸(xi)水。當然(ran)也可控(kong)制EMC的(de)(de)材(cai)料(liao)成分(fen)，以達到其吸(xi)濕性(xing)(xing)的(de)(de)目的(de)(de)。

    如圖9所示，TH測試是在一個能保持恒定溫度和適度的恒溫恒濕試驗箱中進行的，一般測試參數如表5

    7、PCT測試

    PCT (Pressure Cooker Test)，是對封裝體抵抗抗潮濕環境能(neng)力的測(ce)試。PCT測(ce)試與TH測(ce)試類似，只是增加(jia)了壓(ya)強環境以縮(suo)短測(ce)試時間(jian),通常做PCT測(ce)試的工具我們叫“高壓(ya)鍋、高壓(ya)加(jia)速老化試驗箱(xiang)”。

    PCT測試的參數如表6所示:

    在PCT測(ce)試后(hou)，也同樣(yang)是測(ce)試產品的電路通斷性能。在Leadframe封(feng)裝中(zhong)，Leadframe材(cai)料(liao)和EMC材(cai)料(liao)結合處很容易水分滲(shen)入，這樣(yang)就容易腐蝕(shi)內(nei)部的電路，腐蝕(shi)鋁(lv)而破(po)壞產品功(gong)能。這種情況(kuang)，一般建議用UV光來照射(she)產品檢測(ce)Leadframe材(cai)料(liao)和EMC材(cai)料(liao)結合情況(kuang)。
    PCT針(zhen)對性的(de)解決方法就是提高Leadframe和EMC之間的(de)結合力(li)度(du)，我們可(ke)以調(diao)節EMC材料成分，也可(ke)以針(zhen)對性地(di)處理Leadframe的(de)表面。
    8、Precon測試
    Precon測(ce)(ce)試，即Pre-conditioning測(ce)(ce)試。從集(ji)成電路芯片封裝(zhuang)完(wan)成以(yi)(yi)后到實際再組(zu)裝(zhuang)，這(zhe)(zhe)(zhe)個(ge)產(chan)品還有很長一段過(guo)程，這(zhe)(zhe)(zhe)個(ge)過(guo)程包括(kuo)包裝(zhuang)、運輸等，這(zhe)(zhe)(zhe)些都會損壞產(chan)品，所以(yi)(yi)我們就需要先模擬(ni)這(zhe)(zhe)(zhe)個(ge)過(guo)程，測(ce)(ce)試產(chan)品的(de)可靠性。這(zhe)(zhe)(zhe)就是Precon測(ce)(ce)試。其(qi)實在Precon測(ce)(ce)試中，包括(kuo)了前面(mian)的(de)T/IC,TH等多(duo)項測(ce)(ce)試的(de)組(zu)合。

    Precon測試模擬的過程如下圖所示:

    產(chan)品完(wan)成封(feng)裝后(hou)需(xu)要(yao)包裝好(hao)，運輸到組裝廠，然后(hou)拆開包裝把封(feng)裝后(hou)芯(xin)片組裝在下一級板子上，并且(qie)組裝還要(yao)經過焊(han)錫的過程(cheng)(cheng)，整(zheng)個過程(cheng)(cheng)既有(you)類似TC的經過,也有(you)類似TH的過程(cheng)(cheng)，焊(han)錫過程(cheng)(cheng)也需(xu)要(yao)模擬測試。
    整個(ge)Precon測(ce)試(shi)有(you)一(yi)定的(de)(de)測(ce)試(shi)流(liu)程(cheng)，測(ce)試(shi)前檢(jian)查(cha)電氣性能和(he)(he)內部結構(用(yong)超(chao)聲波檢(jian)測(ce)）,確定沒有(you)問(wen)題，開始各項惡劣環境的(de)(de)考驗，先是(shi)T/C測(ce)試(shi)模(mo)擬(ni)運輸過(guo)程(cheng)中的(de)(de)溫(wen)度變化，再(zai)模(mo)擬(ni)水(shui)分(fen)子干(gan)燥過(guo)程(cheng)(一(yi)般的(de)(de)包裝(zhuang)都是(shi)真空包裝(zhuang)，類似(si)于水(shui)分(fen)干(gan)燥），然(ran)后(hou)(hou)恒溫(wen),定時(shi)放(fang)置一(yi)段時(shi)間(jian)(隨著參數的(de)(de)不同(tong)，分(fen)為(wei)6個(ge)等級(ji)，用(yong)于模(mo)擬(ni)開封(feng)后(hou)(hou)吸濕(shi)的(de)(de)過(guo)程(cheng)），后(hou)(hou)模(mo)擬(ni)焊錫過(guo)程(cheng)后(hou)(hou)再(zai)檢(jian)查(cha)電氣特性和(he)(he)內部結構。

    模擬吸(xi)濕過程的6個等級如表7所示，1的等級，依次下降，看需要選擇等級。

    在Precon測試中(zhong)，會出現的(de)(de)問(wen)題有:爆米(mi)花(hua)效(xiao)(xiao)應(ying)，脫(tuo)層，電路失效(xiao)(xiao)等問(wen)題。這(zhe)些問(wen)題都是因(yin)為(wei)封(feng)裝體會在吸(xi)濕后再遭遇(yu)高溫而造(zao)成的(de)(de)，高溫時(shi)，封(feng)裝體內的(de)(de)水分變為(wei)氣體從(cong)而體積(ji)急(ji)劇膨脹，造(zao)成對封(feng)裝體的(de)(de)破壞。我們應(ying)該(gai)減(jian)弱EMC的(de)(de)吸(xi)濕性解(jie)決爆米(mi)花(hua)效(xiao)(xiao)應(ying)，減(jian)少封(feng)裝的(de)(de)熱膨脹系(xi)數，增強附著能力來脫(tuo)層問(wen)題,防止電路失效(xiao)(xiao)發(fa)生。
    只有在(zai)(zai)順利(li)通過了Precon測試以后，才(cai)能保證產品能順利(li)送到終用戶端,這就(jiu)是(shi)Precon被放在(zai)(zai)個測試位(wei)置的原因(yin)所(suo)在(zai)(zai)。
    終上所(suo)述,一個好(hao)的(de)(de)封裝要(yao)有好(hao)的(de)(de)可(ke)(ke)靠性(xing)(xing)能(neng)，必須有較強的(de)(de)耐濕(shi)，耐熱，耐高溫的(de)(de)能(neng)力，6個可(ke)(ke)靠性(xing)(xing)測試都逃不脫溫度(du)，濕(shi)度(du)這些內容。我們通過可(ke)(ke)靠性(xing)(xing)測試能(neng)夠(gou)評估產品的(de)(de)可(ke)(ke)靠度(du)，有利于(yu)回饋來(lai)封裝設計(ji)工藝(yi)，從而提高產品的(de)(de)可(ke)(ke)靠度(du)。