元器件封裝可靠性認證試驗
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發布日期： 2020.08.29
元(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)可(ke)(ke)(ke)(ke)靠(kao)(kao)(kao)性可(ke)(ke)(ke)(ke)由(you)固(gu)有的(de)(de)(de)可(ke)(ke)(ke)(ke)靠(kao)(kao)(kao)性與使(shi)(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)可(ke)(ke)(ke)(ke)靠(kao)(kao)(kao)性組成。其中固(gu)有可(ke)(ke)(ke)(ke)靠(kao)(kao)(kao)性由(you)元(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)生產單位在元(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)設計，工(gong)藝(yi)和(he)原(yuan)(yuan)材料的(de)(de)(de)選用(yong)(yong)等(deng)過程(cheng)中的(de)(de)(de)質量的(de)(de)(de)控制所(suo)決(jue)定(ding)，而使(shi)(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)可(ke)(ke)(ke)(ke)靠(kao)(kao)(kao)性主要(yao)由(you)使(shi)(shi)用(yong)(yong)方(fang)對(dui)(dui)元(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)選擇(ze)，采(cai)購，使(shi)(shi)用(yong)(yong)設計，靜(jing)電(dian)防護和(he)篩(shai)選等(deng)過程(cheng)的(de)(de)(de)質量控制決(jue)定(ding)。大(da)量的(de)(de)(de)失效(xiao)分析說(shuo)明(ming)，由(you)于(yu)固(gu)有缺陷導致的(de)(de)(de)元(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)失效(xiao)與使(shi)(shi)用(yong)(yong)不當造成的(de)(de)(de)失效(xiao)各占50%，而對(dui)(dui)于(yu)原(yuan)(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)制造可(ke)(ke)(ke)(ke)分為微(wei)電(dian)子的(de)(de)(de)芯(xin)片(pian)制造和(he)微(wei)電(dian)子的(de)(de)(de)封(feng)裝(zhuang)(zhuang)制造。均(jun)有可(ke)(ke)(ke)(ke)靠(kao)(kao)(kao)度的(de)(de)(de)要(yao)求。其中下面將介(jie)紹的(de)(de)(de)是封(feng)裝(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)可(ke)(ke)(ke)(ke)靠(kao)(kao)(kao)度在業界一般的(de)(de)(de)認證。 而對(dui)(dui)于(yu)封(feng)裝(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)流(liu)程(cheng)這里(li)不再說(shuo)明(ming)。
1、焊接能(neng)力的(de)測試
做這個試驗(yan)時，取樣(yang)(yang)(yang)數(shu)量通常用高的(de)LTPD的(de)低數(shu)目(LTPD=50%=5PCS)。測試時須在(zai)(zai)93度(du)的(de)水流中浸(jin)過(guo)(guo)8小時，然后，如為含鉛封(feng)(feng)裝樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)，其(qi)導線腳就在(zai)(zai)245度(du)(+/-5 度(du)誤差)的(de)焊(han)材中浸(jin)放5秒；如是(shi)無鉛封(feng)(feng)裝樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)，其(qi)導線腳就在(zai)(zai)260度(du)(+/-5 度(du)誤差)焊(han)材中浸(jin)放5秒。過(guo)(guo)后，樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)在(zai)(zai)放大倍(bei)率為10-20X 的(de)光學顯(xian)微(wei)鏡儀器檢(jian)驗(yan)。
驗證的(de)條件(jian)為：至少導線腳有95%以(yi)上的(de)面積均勻(yun)的(de)沾(zhan)上焊材。當然(ran)在MIS-750D的(de)要求中也有說明可焊性的(de)前處(chu)理方法(fa)(fa)叫水汽老化，是將被測樣品暴露于(yu)特制的(de)可以(yi)加(jia)濕的(de)水蒸汽中8+-0。5小時，其實際(ji)的(de)作用與前面的(de)方法(fa)(fa)一(yi)樣。之后(hou)要進(jin)行干燥(zao)處(chu)理才能做浸錫處(chu)理。
2、導線疲乏測(ce)試(shi)
這測(ce)試是用(yong)來檢(jian)驗導(dao)線腳(jiao)(jiao)接受(shou)(shou)外來機(ji)械(xie)力的(de)(de)忍受(shou)(shou)程度。接受(shou)(shou)試驗的(de)(de)樣(yang)品(pin)(pin)也為LTPD的(de)(de)低數目(LTPD=50%=5PCS)， 使試樣(yang)放在(zai)特殊的(de)(de)儀器上，如為SOJ或TSOP型(xing)封裝的(de)(de)小產品(pin)(pin)，應加2OZ的(de)(de)力于(yu)待(dai)(dai)測(ce)腳(jiao)(jiao)。其(qi)它封裝的(de)(de)產品(pin)(pin)，加8OZ于(yu)待(dai)(dai)測(ce)腳(jiao)(jiao)上。機(ji)器接著使產品(pin)(pin)腳(jiao)(jiao)受(shou)(shou)力方(fang)向(xiang)作90度旋轉(zhuan)，TSOP的(de)(de)封裝須旋轉(zhuan)兩次，其(qi)它封裝的(de)(de)要3次旋轉(zhuan)。也可(ke)以根據實(shi)際情(qing)況而定。然(ran)后(hou)用(yong)放在(zai)倍數為10-20X倍的(de)(de)放：大鏡檢(jian)驗。
驗證的條(tiao)件為：導線腳無(wu)任何(he)受機械(xie)力(li)傷害的痕跡(ji)。
3、晶(jing)粒(li)結(jie)合強度測試
作這(zhe)樣(yang)的測(ce)試(shi)時，樣(yang)品的晶粒須接受推力的作用，然后用放大倍數10-20X的光學(xue)儀器檢驗(yan)。驗(yan)證(zheng)的條件為：晶粒與銀膠(jiao)之間附著間無(wu)任何相互脫(tuo)開的痕跡(ji)。
4、線接合(he)強度的測試(shi)
作這個(ge)測(ce)(ce)試(shi)(shi)包括兩種(zhong)：線的(de)拉(la)力(li)(li)(li)測(ce)(ce)試(shi)(shi)與連接球推扯力(li)(li)(li)測(ce)(ce)試(shi)(shi)。二者(zhe)都有專門(men)的(de)測(ce)(ce)試(shi)(shi)機器。對不同的(de)線徑，業界有不同的(de)標(biao)準。加力(li)(li)(li)過后，樣品用放大倍率10-20X的(de)光學顯(xian)微(wei)鏡檢驗。 驗證的條件為：連接線與(yu)連接球無任何機械力傷害痕跡(ji)。
以上的(de)(de)(de)四種試驗樣品的(de)(de)(de)數(shu)目(mu)則通(tong)常用(yong)(yong)高(gao)的(de)(de)(de)LTPD
的(de)(de)(de)低數(shu)目(mu)。通(tong)常為(wei)LTPD=50%=5。這是屬于(yu)力學(xue)的(de)(de)(de)范圍。這些與(yu)所(suo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)材料(liao)有(you)相應的(de)(de)(de)關聯。
下面(mian)所要介(jie)紹的(de)(de)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)是長時(shi)間(jian)的(de)(de)壽命(ming)型試(shi)(shi)驗(yan)(yan)，樣(yang)品(pin)的(de)(de)選擇可(ke)以參考(kao)如下LTPD取樣(yang)表(biao)來進行(xing)，一般的(de)(de)業界(jie)都用此方法。其實取樣(yang)的(de)(de)目的(de)(de)是讓這些產品(pin)足夠(gou)大，可(ke)以代表(biao)批的(de)(de)壽命(ming)，但樣(yang)品(pin)大，又考(kao)慮到試(shi)(shi)驗(yan)(yan)的(de)(de)成(cheng)本，作衰敗式的(de)(de)可(ke)靠度(du)的(de)(de)測(ce)試(shi)(shi)，樣(yang)品(pin)數(shu)在(zai)百(bai)顆以內(nei)就(jiu)夠(gou)了。表(biao)中(zhong)C下行(xing)取樣(yang)的(de)(de)等級(ji)，也(ye)就(jiu)是允許(xu)也(ye)就(jiu)是允許(xu)失效(xiao)數(shu)量，C橫行(xing)為序列(lie)，LTPD相(xiang)應的(de)(de)等級(ji)為10、7、5、3、2、1。5、1。
1、前處理試驗(Pre-counding)
這個試(shi)驗在作后面所(suo)述的(de)試(shi)驗前依照(zhao)產品對濕度的(de)敏(min)感(gan)度的(de)要求，所(suo)做的(de)封裝產品的(de)前處理。首先，所(suo)有待測品都(dou)要放(fang)入125℃的(de)烤箱中(zhong)進行烘烤24小(xiao)時，然(ran)后濕氣敏(min)感(gan)度的(de)測試(shi)，也(ye)就是(shi)放(fang)入恒溫恒濕箱中(zhong)進行濕氣敏(min)感(gan)測試(shi)。一般按MSL的(de)等級進行考核，如下表中(zhong)說明(ming)：
所選用的(de)(de)(de)(de)等(deng)級(ji)要求，可(ke)以(yi)按生產商的(de)(de)(de)(de)實際情況或按客戶的(de)(de)(de)(de)要求而定。從表可(ke)以(yi)看出等(deng)級(ji)一(yi)要求產品(pin)可(ke)以(yi)無限制(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)時(shi)間(jian)，儲存于30度(du)/85%的(de)(de)(de)(de)相(xiang)對濕度(du)中，其(qi)它等(deng)級(ji)可(ke)以(yi)以(yi)此類推。經過(guo)(guo)潮濕敏感度(du)的(de)(de)(de)(de)試驗后，所有產品(pin)要經過(guo)(guo)溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)(de)變化過(guo)(guo)程(cheng)的(de)(de)(de)(de)紅外(wai)線(xian)(IR)回(hui)流焊(han)三次(ci)。無鉛(qian)封(feng)裝(zhuang)的(de)(de)(de)(de)產品(pin)，IR回(hui)流焊(han)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)為260度(du)(+5度(du)/0度(du))。這是因為無鉛(qian)制(zhi)(zhi)程(cheng)與有鉛(qian)制(zhi)(zhi)程(cheng)的(de)(de)(de)(de)產品(pin)熔點不一(yi)，所以(yi)回(hui)流焊(han)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)也(ye)不能相(xiang)同。回(hui)流焊(han)的(de)(de)(de)(de)曲線(xian)要執行(xing)(xing)以(yi)下表中進(jin)行(xing)(xing)：
接(jie)著要做產品的(de)外(wai)觀(guan)檢(jian)察(cha)，使用光學顯微鏡(jing)(40X)檢(jian)查(cha)組件有無外(wai)部(bu)裂縫，接(jie)著做電測檢(jian)察(cha)，后(hou)進行(xing)超音波(bo)顯微鏡(jing)檢(jian)查(cha)：對所有的(de)組件，執行(xing)掃描式音波(bo)顯微鏡(jing)分析。這才是完(wan)整(zheng)的(de)前(qian)處(chu)理(li)試驗(yan)。
2、溫(wen)度循環試驗 (TCT test)
在業界TCT測(ce)試(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)上下限，通常分別(bie)定(ding)在150℃及-50℃。也可能參照一下JESD20的(de)(de)(de)(de)相(xiang)關規定(ding)去做(zuo)，這是由客(ke)戶與工廠(chang)所確定(ding)。每次的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)(du)停(ting)留時間(jian)各為(wei)10分鐘。轉變溫(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)過(guo)度(du)(du)(du)時間(jian)為(wei)15分鐘。溫(wen)度(du)(du)(du)循環次數規定(ding)為(wei)250次。每一溫(wen)度(du)(du)(du)循環之后，應作產品的(de)(de)(de)(de)后的(de)(de)(de)(de)測(ce)試(shi)(shi)。應全部為(wei)良(liang)品。才算是合(he)格。也有要求在TCT后做(zuo)線接合(he)強度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)測(ce)試(shi)(shi)，晶(jing)粒強度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)測(ce)試(shi)(shi)，或(huo)進行平面描顯微(wei)鏡測(ce)試(shi)(shi)(簡稱SAT)。以確定(ding)封裝(zhuang)方(fang)面的(de)(de)(de)(de)傷(shang)害。此試(shi)(shi)驗的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)是為(wei)了查看封裝(zhuang)內部不同(tong)物層(ceng)之間(jian)熱膨脹的(de)(de)(de)(de)系數(CTE)有可能差(cha)異過(guo)大而對(dui)產品引起的(de)(de)(de)(de)不同(tong)物層(ceng)間(jian)界面的(de)(de)(de)(de)脫離，膠體或(huo)晶(jing)粒的(de)(de)(de)(de)破裂。一-般可用以下算試(shi)(shi)來做(zuo)算TCT產生的(de)(de)(de)(de)加速因子
( AF)：
3、溫度/濕度/偏壓試驗(yan)(THB test)
THB測(ce)試(shi)也就是(shi)通常(chang)說(shuo)的(de)(de)(de)H3TRB試(shi)驗，其實(shi)這種叫法是(shi)源于高溫，高濕(shi)，高電壓(ya)的(de)(de)(de)測(ce)試(shi)，THB的(de)(de)(de)測(ce)試(shi)條件(jian)通常(chang)為(wei)(wei)85%的(de)(de)(de)相對(dui)濕(shi)度，85 度及1。1Vcc(靜態)，時(shi)(shi)間一般為(wei)(wei)1000小(xiao)時(shi)(shi)。其間可(ke)以在(zai)168。500小(xiao)時(shi)(shi)等(deng)停下(xia)來作各種測(ce)試(shi)。其試(shi)驗的(de)(de)(de)主要目的(de)(de)(de)是(shi)在(zai)于激(ji)發鋁(lv)金屬的(de)(de)(de)腐蝕，如發現有任何的(de)(de)(de)故障，就先確(que)認是(shi)否于這個模式有關。偏(pian)壓(ya)的(de)(de)(de)加入是(shi)為(wei)(wei)鋁(lv)腐蝕所需要電解作用提供(gong)加速(su)之源，這個試(shi)驗的(de)(de)(de)AF估算一般為(wei)(wei)下(xia)：
4、高(gao)加速加壓試驗(HAST test)
這個試(shi)驗可(ke)以和(he)THB目的(de)(de)相同(tong)，因(yin)為THB的(de)(de)測試(shi)條件(jian)很難(nan)激發IC產品中的(de)(de)鋁金屬的(de)(de)腐蝕。又因(yin)為其試(shi)驗時(shi)間長，現在日本的(de)(de)一些企業大都采用(yong)了(le)HAST來(lai)代替之。因(yin)為測試(shi)的(de)(de)溫度比THB增加了(le)45℃，AF約(yue)增加了(le)10 倍以上，因(yin)此(ci)，HAST的(de)(de)測試(shi)時(shi)間被(bei)定(ding)在100以內完(wan)成(cheng)的(de)(de)，大大地(di)縮短(duan)了(le)封裝(zhuang)可(ke)靠(kao)度認證時(shi)間。
試(shi)驗(yan)后的樣(yang)品(pin)(pin)檢驗(yan)，如(ru)發(fa)現有任何樣(yang)品(pin)(pin)故障，與(yu)HTOL試(shi)驗(yan)一樣(yang)，重要的要緊做故障分析，查(cha)出故障的原因，對癥下藥。
5、壓力鍋試驗(PCT
test)
PCT所能激發的(de)(de)封裝(zhuang)故障模態與HAST類(lei)似。二者提供(gong)的(de)(de)AF也(ye)相差無幾。PCT一般為168或96小時。PCT試驗引起封裝(zhuang)在高溫(wen)，高濕(shi)，高氣壓(ya)條(tiao)件下對濕(shi)度的(de)(de)抵抗能力，失效引起的(de)(de)方式常有焊線拉起，芯(xin)片/芯(xin)片基座(zuo)粘附性差，界面(mian)剝(bo)離，焊接(jie)基座(zuo)的(de)(de)腐(fu)蝕，金屬化合或是引線開(kai)路(lu)等等。
6、錫(xi)須試驗 (Tin whisker growth test)
從2007年7月開始，歐盟基本上(shang)，禁止含鉛的(de)(de)制品進(jin)入歐盟共同市場，所(suo)以(yi)一向(xiang)以(yi)鍍錫鉛合金(jin)的(de)(de)焊接(jie)導線腳的(de)(de)IC封裝，已大(da)部份(fen)被無鉛制程的(de)(de)IC封裝所(suo)取代，無鉛制程的(de)(de)IC經常時間使用后，會產生(sheng)類(lei)似(si)胡須(xu)的(de)(de)小(xiao)晶粒(li)的(de)(de)生(sheng)成，從而促成相近兩腳產生(sheng)短路現象，所(suo)以(yi)有所(suo)謂的(de)(de)錫須(xu)生(sheng)長的(de)(de)測(ce)試，錫須(xu)生(sheng)長的(de)(de)測(ce)試有如下表中的(de)(de)方式進(jin)行，且有三(san)個(ge)不同的(de)(de)等級：
主要是以(yi)下(xia)三個等級去做試驗：
（1）將樣品儲存(cun)在55度(du)(du)/85%相對(dui)濕度(du)(du)下，至少要4000小(xiao)時，觀察(cha)錫須的長度(du)(du)隨時間的變化。
（2）將樣品儲(chu)存(cun)在30度(du)/60%的相對(dui)濕度(du)下，至少要(yao)4000小時(shi)，觀察錫須長(chang)度(du)與時(shi)間的變化(hua)。
（3）將樣品(pin)作從-40度(du)至(zhi)85度(du)(或是(shi)做(zuo)-55度(du)到85度(du))TCT試驗，至(zhi)少要1500個循環(huan)，觀察錫須(xu)長度(du)與時間的變化。
樣(yang)品測試(shi)的(de)(de)(de)(de)數(shu)量以50%的(de)(de)(de)(de)LTPD來(lai)進行，故障的(de)(de)(de)(de)判定(ding)(ding)是以錫須的(de)(de)(de)(de)生長不能超過某一規定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)范(fan)圍， (一般來(lai)講為50um)
，也可以參閱下表中的(de)(de)(de)(de)說明：
上述的這些試驗是(shi)都是(shi)長時(shi)間的壽命(ming)試驗，除了THB為(wei)評(ping)估金(jin)屬(shu)腐(fu)蝕的阻抗力須加電壓，基本上屬(shu)于(yu)化(hua)學性質方面的測試。
綜(zong)上所說(shuo)的(de)(de)(de)(de)(de)內(nei)容(rong)為針對(dui)(dui)不密(mi)封式封裝的(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)靠(kao)性的(de)(de)(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)，一般來講是針對(dui)(dui)塑(su)料(liao)封裝的(de)(de)(de)(de)(de)為主，當(dang)然所提(ti)及的(de)(de)(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)也(ye)有其他的(de)(de)(de)(de)(de)一些 試(shi)驗(yan)(yan)(yan)像高(gao)溫試(shi)驗(yan)(yan)(yan)，鹽霧試(shi)驗(yan)(yan)(yan)等等。要結(jie)合(he)公司的(de)(de)(de)(de)(de)情況與客戶的(de)(de)(de)(de)(de)合(he)理要求(qiu)而定，不只要局限于(yu)此，讀者也(ye)可(ke)參考JESD47G的(de)(de)(de)(de)(de)規定的(de)(de)(de)(de)(de)說(shuo)明再(zai)加以對(dui)(dui)產品的(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)靠(kao)性的(de)(de)(de)(de)(de)理解。
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