1、概述
    在芯片完成整個封裝流程之后，封裝廠會(hui)對其產(chan)品進行質量和可(ke)靠性(xing)兩方面的檢測。
    質(zhi)量檢測主要檢測封(feng)裝(zhuang)后芯片(pian)的(de)(de)可(ke)用性，封(feng)裝(zhuang)后的(de)(de)質(zhi)量和(he)性能情況，而可(ke)靠性則是對封(feng)裝(zhuang)的(de)(de)可(ke)靠性相(xiang)關參數(shu)的(de)(de)測試。
    首先(xian)，我們必須理(li)解什么叫(jiao)做“可(ke)靠(kao)性(xing)(xing)”，產(chan)品的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)(xing)即產(chan)品可(ke)靠(kao)度的(de)性(xing)(xing)能(neng)，具體表現在產(chan)品使用時(shi)是(shi)否容易出故障，產(chan)品使用壽(shou)命(ming)是(shi)否合理(li)等。如果說“品質”是(shi)檢測(ce)產(chan)品“現在”的(de)質量(liang)的(de)話，那么“可(ke)靠(kao)性(xing)(xing)”就是(shi)檢測(ce)產(chan)品“未來(lai)”的(de)質量(liang)。

    圖（1）所示(shi)的(de)統計學上的(de)浴盆(pen)曲線（Bathtub Curve）很清晰地描述(shu)了(le)(le)生產廠商對(dui)產品可(ke)(ke)靠(kao)性的(de)控制，也(ye)同步描述(shu)了(le)(le)客(ke)戶對(dui)可(ke)(ke)靠(kao)性的(de)需求。

    上圖所(suo)示的(de)(de)(de)早(zao)夭區(qu)(qu)是(shi)指(zhi)(zhi)短時間內就會被損(sun)壞(huai)的(de)(de)(de)產(chan)(chan)(chan)品(pin)(pin)，也是(shi)生產(chan)(chan)(chan)廠商需(xu)要淘汰(tai)的(de)(de)(de)，客戶所(suo)不(bu)(bu)能接受(shou)的(de)(de)(de)產(chan)(chan)(chan)品(pin)(pin)；正常使(shi)(shi)用壽命區(qu)(qu)代(dai)表(biao)客戶可以接受(shou)的(de)(de)(de)產(chan)(chan)(chan)品(pin)(pin);耐(nai)用區(qu)(qu)指(zhi)(zhi)性能特別好，特別耐(nai)用的(de)(de)(de)產(chan)(chan)(chan)品(pin)(pin)。由(you)圖上的(de)(de)(de)浴(yu)缸曲線(xian)可見，在早(zao)天區(qu)(qu)和耐(nai)用區(qu)(qu)，產(chan)(chan)(chan)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)不(bu)(bu)良(liang)(liang)率一(yi)般比較(jiao)(jiao)高(gao)。在正常使(shi)(shi)用區(qu)(qu)，才有比較(jiao)(jiao)穩定(ding)的(de)(de)(de)良(liang)(liang)率。大(da)部(bu)分產(chan)(chan)(chan)品(pin)(pin)都是(shi)在正常使(shi)(shi)用區(qu)(qu)的(de)(de)(de)。可靠(kao)性測(ce)試就是(shi)為了分辨(bian)產(chan)(chan)(chan)品(pin)(pin)是(shi)否屬于正常使(shi)(shi)用區(qu)(qu)的(de)(de)(de)測(ce)試，解決皁期(qi)開發中產(chan)(chan)(chan)品(pin)(pin)不(bu)(bu)穩定(ding)，良(liang)(liang)率低等問題，提高(gao)技術，使(shi)(shi)封裝(zhuang)生產(chan)(chan)(chan)線(xian)達到高(gao)良(liang)(liang)率，穩定(ding)運行(xing)的(de)(de)(de)自的(de)(de)(de)。
    在(zai)(zai)封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)業(ye)的(de)發(fa)展史上(shang)，早期的(de)封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)廠(chang)(chang)商并不把可靠性測(ce)試放在(zai)(zai)位(wei)，人(ren)們重(zhong)視的(de)是(shi)產(chan)能，只要(yao)一(yi)定生產(chan)能力就能贏利。到了90年代，隨(sui)著封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)技術的(de)發(fa)展，封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)廠(chang)(chang)家也(ye)逐漸(jian)增多，產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)就擺(bai)到了重(zhong)要(yao)位(wei)置(zhi)，誰家產(chan)品(pin)的(de)質(zhi)量(liang)好，就占優勢，于是(shi)質(zhi)量(liang)問題是(shi)主(zhu)要(yao)的(de)竟爭點和研(yan)究方向。進入(ru)21世紀，當質(zhi)量(liang)問題基本解(jie)決以后，廣廠(chang)(chang)商之間的(de)競爭放在(zai)(zai)了可靠性上(shang)，同等質(zhi)量(liang)，消費者自(zi)然喜歡高可靠性的(de)產(chan)品(pin)，于是(shi)可靠性越發(fa)顯(xian)示其重(zhong)要(yao)性，高可靠性是(shi)現代封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)技術的(de)研(yan)發(fa)的(de)重(zhong)要(yao)指標(biao)。
    2、可靠性測試項目

    一般(ban)封裝廠的可靠性測試(shi)項(xiang)目有6項(xiang)，如表1所示(shi)

    各個測(ce)試(shi)項都有一定的(de)目(mu)的(de)，針對性(xing)和具體方法，但(dan)就測(ce)試(shi)項目(mu)而言，基本上(shang)都與溫(wen)度，濕度，壓(ya)強等(deng)環境參(can)數有關，偶爾還會加上(shang)偏壓(ya)等(deng)以制造惡劣破壞環境來達到測(ce)試(shi)產(chan)品可靠性(xing)的(de)自的(de)。
    各個測試(shi)項目大都采用采樣的(de)方法，即隨機抽(chou)查一定數量產品的(de)可靠(kao)性(xing)測試(shi)結果來斷(duan)定生產線(xian)是(shi)否通(tong)過可靠(kao)性(xing)測試(shi)。各個封裝廠的(de)可靠(kao)性(xing)判定標準也各不相(xiang)同，實(shi)力雄厚的(de)企業一般(ban)會(hui)用較高水準的(de)可靠(kao)性(xing)標準。

    6種(zhong)測(ce)(ce)試項(xiang)(xiang)目是有(you)先后(hou)(hou)順(shun)序的(de)(de)(de)，如圖（2)所(suo)示(shi)。Preconditioning Test是首先要進行的(de)(de)(de)測(ce)(ce)試項(xiang)(xiang)目,之后(hou)(hou)進行其他5項(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)測(ce)(ce)試。之所(suo)以有(you)這種(zhong)先后(hou)(hou)順(shun)序,是由(you)PRECON TEST的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)決(jue)定的(de)(de)(de)，在(zai)以下的(de)(de)(de)章節中，我們分別講述各種(zhong)測(ce)(ce)試的(de)(de)(de)具體內容，目的(de)(de)(de)。鑒于PRECON TEST特殊(shu)性，將放在(zai)后(hou)(hou)介紹。

    3、T/C測試(shi)（溫(wen)度(du)循環測試(shi)）
    T/C (Temperature Cycling)測試，即溫度循(xun)環(huan)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(zai)封裝芯(xin)片做T/C測試的時候，有4個參數，分別(bie)為熱腔(qiang)(qiang)溫度，冷腔(qiang)(qiang)溫度，循環次(ci)數，芯(xin)片單次(ci)單腔(qiang)(qiang)停留時間(jian)。

    如表2所示的(de)(de)參數就代表T/C測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)時把(ba)封裝后的(de)(de)芯(xin)片放在150℃的(de)(de)溫(wen)(wen)度循環試(shi)(shi)驗箱(xiang)(xiang)15分(fen)鐘(zhong)，再通過(guo)閥門(men)放入-65℃的(de)(de)低溫(wen)(wen)箱(xiang)(xiang)15分(fen)鐘(zhong)，再放入高(gao)溫(wen)(wen)箱(xiang)(xiang)，如此(ci)反復1000次。之后測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)電路性能以檢測(ce)(ce)(ce)是否通過(guo)T/C可(ke)靠性測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)。
    從T/C的測(ce)試方法已經可以看出，T/C測(ce)試得主要(yao)目的是測(ce)試半導(dao)體(ti)封裝體(ti)熱脹冷縮的耐久性。

    在封(feng)(feng)裝(zhuang)體(ti)中，有(you)許多種材(cai)料(liao)(liao)(liao)，材(cai)料(liao)(liao)(liao)之間都有(you)相(xiang)應(ying)的(de)(de)結合(he)面(mian)(mian)，在封(feng)(feng)裝(zhuang)體(ti)所(suo)(suo)處環境的(de)(de)溫度有(you)所(suo)(suo)變化時，封(feng)(feng)裝(zhuang)體(ti)內各(ge)種材(cai)料(liao)(liao)(liao)就會有(you)熱脹冷縮(suo)(suo)效應(ying)，而且材(cai)料(liao)(liao)(liao)熱膨脹系(xi)數不同，其熱脹冷縮(suo)(suo)的(de)(de)程度就有(you)所(suo)(suo)不同，這樣原來緊密(mi)結合(he)的(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)(liao)結合(he)面(mian)(mian)就會出現問題(ti)。圖示4是以Lead frame封(feng)(feng)裝(zhuang)為例，熱脹冷縮(suo)(suo)是的(de)(de)具體(ti)情況：其中主要的(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)(liao)包括lead frame的(de)(de)Cu材(cai)料(liao)(liao)(liao)，芯(xin)片(pian)的(de)(de)硅材(cai)料(liao)(liao)(liao)，連接用的(de)(de)金線材(cai)料(liao)(liao)(liao)，還有(you)芯(xin)片(pian)粘接的(de)(de)膠體(ti)材(cai)料(liao)(liao)(liao)。其中EMC與硅芯(xin)片(pian)，Lead frame有(you)大面(mian)(mian)積基礎，比較(jiao)容易(yi)脫(tuo)層，硅芯(xin)片(pian)與粘合(he)的(de)(de)硅膠，硅膠和leadframe之間也會在T/C測試中失效。

    再由圖(tu)5來看一下T/C測試中的幾個失效模型。

    4、T/S測(ce)試(shi)（冷(leng)熱(re)沖擊(ji)測(ce)試(shi)）
    T/S test (Thermal Shock test）即測(ce)試封裝(zhuang)體抗(kang)熱沖擊的能力。

    T/S測試和T/C測試有點類似，不(bu)同的(de)(de)是T/S測試環(huan)境是在高溫液體中轉換，液體的(de)(de)導熱比空氣快(kuai)，于是有較強的(de)(de)熱沖擊力。

    例如表(biao)3所示(shi)的(de)(de)(de)參數，就代表(biao)在2個隔離的(de)(de)(de)區域分別放入150℃的(de)(de)(de)液體和-65℃的(de)(de)(de)液體，然后把封(feng)裝產品(pin)放入一個區，5分鐘后再裝入另一個區，由(you)于溫差大，傳熱(re)環(huan)境好，封(feng)裝體就受到很強(qiang)的(de)(de)(de)熱(re)沖擊，如此往復(fu)1000次，來(lai)測試(shi)產品(pin)的(de)(de)(de)抗熱(re)沖擊性，終(zhong)也是通(tong)過測試(shi)電路的(de)(de)(de)通(tong)斷(duan)情(qing)況斷(duan)定產品(pin)是否(fou)TS可靠(kao)性測試(shi)。

    5、HTS測(ce)試
    HTS (High temperature Storage)測試(shi)，是測試(shi)封(feng)裝體長時間暴(bao)露在高溫環境下(xia)的耐久性實驗。

    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(ru)表4參數表示(shi)封裝放置在150℃高溫氮氣烤(kao)箱中1000小時(圖7中）。
    HTS測試是(shi)因(yin)為在高(gao)溫條件下，半(ban)導(dao)體構(gou)成物(wu)質(zhi)的活化性(xing)增強，會有物(wu)質(zhi)間的擴散作用，而(er)導(dao)致電氣的不良發生(sheng)，另外因(yin)為高(gao)溫，機(ji)械性(xing)較弱的物(wu)質(zhi)也容易損(sun)壞(huai)。

    例如(ru)圖8所示的kirkendall孔洞產生(sheng)就是因為物(wu)質可(ke)擴散(san)作用造(zao)成的。

    在(zai)金(jin)(jin)(jin)線和(he)芯片的(de)結合面上，它的(de)材料(liao)結構依次為:鋁(lv)，鋁(lv)金(jin)(jin)(jin)合金(jin)(jin)(jin)，金(jin)(jin)(jin)，在(zai)高(gao)溫的(de)狀態下，金(jin)(jin)(jin)和(he)鋁(lv)金(jin)(jin)(jin)屬都變得很活躍，相互會擴散(san)，但是(shi)由(you)于鋁(lv)的(de)擴散(san)速度比(bi)金(jin)(jin)(jin)要快，所以在(zai)鋁(lv)的(de)界面物質就(jiu)變少，就(jiu)形成了孔洞。這樣(yang)就(jiu)造成電路(lu)性(xing)能不好，甚至(zhi)導致斷路(lu)。
    那(nei)么如何(he)解決HTS可靠性測試(shi)不(bu)良的(de)問題(ti)呢(ni)?
    首先在特定情況下，我們可以選擇使用同種物質(zhi)結合電路(lu)，比如軍事上，金(jin)線(xian)用鋁線(xian)代替，這樣就不會(hui)因為金(jin)屬(shu)間的擴散而產生(sheng)不良(liang)了(le)。
   ; 我們也可以(yi)用摻雜物質作中介層來抑制物質間的相互(hu)擴散。當然還有一(yi)種方法就是避免把封裝體(ti)長(chang)時(shi)間在高溫下放置，沒有長(chang)時(shi)間的高溫環境，自然不會有擴散導致失效的結果了。
    6、TH測試

    TH (Temperature & Humidity)測試，是測試封裝在高溫潮濕環境下的耐久性的實驗

    實驗結束(shu)時也是靠測定封裝體電路的通(tong)斷特(te)性(xing)來斷定產(chan)品(pin)是否有優良的耐高溫(wen)濕性(xing)。
在TH測試中，由于EMC材料有一定的吸濕性，而內部電路(lu)在潮(chao)濕的環境下，很容易導致漏電，短路(lu)等效應。
    為(wei)了有更好的(de)(de)(de)防濕(shi)性(xing),我們會選擇使用陶瓷(ci)封(feng)裝(zhuang)來代替塑(su)料(liao)封(feng)裝(zhuang)，因(yin)為(wei)塑(su)料(liao)封(feng)裝(zhuang)的(de)(de)(de)EMC材(cai)料(liao)比(bi)較容易(yi)吸水。當(dang)然(ran)也可(ke)控制EMC的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)成分(fen)，以達到其吸濕(shi)性(xing)的(de)(de)(de)目的(de)(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(shi)

    PCT (Pressure Cooker Test)，是(shi)(shi)對封(feng)裝體抵抗抗潮濕環境能力的(de)測(ce)試(shi)(shi)(shi)。PCT測(ce)試(shi)(shi)(shi)與TH測(ce)試(shi)(shi)(shi)類似，只(zhi)是(shi)(shi)增加了壓(ya)強環境以縮短(duan)測(ce)試(shi)(shi)(shi)時間,通常做PCT測(ce)試(shi)(shi)(shi)的(de)工具(ju)我(wo)們(men)叫“高壓(ya)鍋、高壓(ya)加速老化試(shi)(shi)(shi)驗箱”。

    PCT測試的(de)參(can)數(shu)如表6所示:

    在PCT測(ce)試(shi)后，也同樣(yang)是(shi)測(ce)試(shi)產(chan)(chan)品的電(dian)路通(tong)斷性能(neng)(neng)。在Leadframe封(feng)裝中(zhong)，Leadframe材料和(he)(he)EMC材料結合處很容(rong)易(yi)水分滲入，這(zhe)樣(yang)就(jiu)容(rong)易(yi)腐(fu)(fu)蝕內部的電(dian)路，腐(fu)(fu)蝕鋁而(er)破壞產(chan)(chan)品功能(neng)(neng)。這(zhe)種情(qing)況，一(yi)般建議用UV光來照射產(chan)(chan)品檢測(ce)Leadframe材料和(he)(he)EMC材料結合情(qing)況。
    PCT針對性的(de)解決方(fang)法就(jiu)是(shi)提高(gao)Leadframe和(he)EMC之(zhi)間的(de)結合力度，我們可(ke)(ke)以(yi)調節EMC材料(liao)成分(fen)，也(ye)可(ke)(ke)以(yi)針對性地處理(li)Leadframe的(de)表面(mian)。
    8、Precon測試
    Precon測(ce)試(shi)，即Pre-conditioning測(ce)試(shi)。從(cong)集成電路芯片(pian)封裝完成以后(hou)到實際再組裝，這個(ge)產(chan)品還有(you)很長一(yi)段(duan)過(guo)程(cheng)，這個(ge)過(guo)程(cheng)包括(kuo)包裝、運輸等，這些都會損壞產(chan)品，所以我們就需要先(xian)模擬這個(ge)過(guo)程(cheng)，測(ce)試(shi)產(chan)品的(de)可靠(kao)性。這就是Precon測(ce)試(shi)。其實在Precon測(ce)試(shi)中，包括(kuo)了前面的(de)T/IC,TH等多項測(ce)試(shi)的(de)組合。

    Precon測試模擬的(de)過(guo)程如下圖所示(shi):

    產(chan)品完成封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)后需要包(bao)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)好，運輸到組(zu)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)廠(chang)，然后拆開包(bao)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)把封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)后芯片組(zu)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)在下一級板子上(shang)，并且(qie)組(zu)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)還要經(jing)過(guo)(guo)焊錫的(de)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)，整個過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)既有類似TC的(de)經(jing)過(guo)(guo),也有類似TH的(de)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)，焊錫過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)也需要模擬測(ce)試。
    整個Precon測試(shi)(shi)有(you)一定(ding)(ding)的(de)(de)(de)測試(shi)(shi)流程(cheng)，測試(shi)(shi)前(qian)檢查電氣性(xing)能和內(nei)部結構(用超聲波檢測）,確定(ding)(ding)沒有(you)問題(ti)，開始各項惡劣(lie)環境的(de)(de)(de)考驗，先是T/C測試(shi)(shi)模(mo)擬(ni)運輸(shu)過(guo)程(cheng)中的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)變化(hua)，再模(mo)擬(ni)水(shui)(shui)分子干燥(zao)過(guo)程(cheng)(一般(ban)的(de)(de)(de)包裝都是真空(kong)包裝，類似于水(shui)(shui)分干燥(zao)），然(ran)后(hou)恒溫(wen),定(ding)(ding)時放置一段時間(隨著參數(shu)的(de)(de)(de)不同(tong)，分為6個等級，用于模(mo)擬(ni)開封后(hou)吸濕的(de)(de)(de)過(guo)程(cheng)），后(hou)模(mo)擬(ni)焊錫過(guo)程(cheng)后(hou)再檢查電氣特(te)性(xing)和內(nei)部結構。

    模擬吸(xi)濕過程的6個等(deng)級如表7所(suo)示，1的等(deng)級，依次下降，看需要選擇等(deng)級。

    在Precon測試(shi)中，會出(chu)現(xian)的(de)問題(ti)(ti)有:爆米(mi)花(hua)效(xiao)(xiao)應(ying)，脫層(ceng)，電路失效(xiao)(xiao)等問題(ti)(ti)。這些問題(ti)(ti)都是因為封(feng)裝體(ti)會在吸(xi)濕(shi)后再遭遇高(gao)溫(wen)而造成(cheng)的(de)，高(gao)溫(wen)時，封(feng)裝體(ti)內的(de)水分變為氣體(ti)從(cong)而體(ti)積急劇膨脹(zhang)，造成(cheng)對封(feng)裝體(ti)的(de)破(po)壞。我們(men)應(ying)該(gai)減弱EMC的(de)吸(xi)濕(shi)性解決爆米(mi)花(hua)效(xiao)(xiao)應(ying)，減少封(feng)裝的(de)熱膨脹(zhang)系數，增強附(fu)著能力來脫層(ceng)問題(ti)(ti),防止(zhi)電路失效(xiao)(xiao)發(fa)生。
    只有在(zai)順(shun)利通過(guo)了(le)Precon測(ce)試(shi)以后，才能(neng)保證產(chan)品能(neng)順(shun)利送到終(zhong)用(yong)戶端,這就是Precon被(bei)放(fang)在(zai)個(ge)測(ce)試(shi)位(wei)置的原因所在(zai)。
    終上(shang)所述,一個(ge)好的(de)(de)(de)封(feng)裝要有好的(de)(de)(de)可靠(kao)(kao)性(xing)能，必須有較強的(de)(de)(de)耐濕，耐熱，耐高(gao)溫的(de)(de)(de)能力(li)，6個(ge)可靠(kao)(kao)性(xing)測試都逃不脫溫度(du)，濕度(du)這(zhe)些內(nei)容。我(wo)們通過可靠(kao)(kao)性(xing)測試能夠評估產品(pin)的(de)(de)(de)可靠(kao)(kao)度(du)，有利于回(hui)饋來封(feng)裝設(she)計工藝，從而提高(gao)產品(pin)的(de)(de)(de)可靠(kao)(kao)度(du)。