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聚焦瑞凱,傳遞環境檢測行業新動態
技術文章(zhang)
元器件封裝可靠性認證試驗
來源: 網(wang)絡 時間:2020-08-29
    元器件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)靠性(xing)可(ke)由固有的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)靠性(xing)與(yu)使(shi)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)靠性(xing)組成。其(qi)中固有可(ke)靠性(xing)由元器件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產單(dan)位在元器件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)設(she)計(ji),工藝和原(yuan)材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)選用(yong)等過程中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)質(zhi)(zhi)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)控制(zhi)所決(jue)定(ding),而(er)(er)(er)使(shi)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)靠性(xing)主要由使(shi)用(yong)方對元器件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)選擇,采(cai)購,使(shi)用(yong)設(she)計(ji),靜電(dian)防護(hu)和篩選等過程的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)質(zhi)(zhi)量(liang)控制(zhi)決(jue)定(ding)。大量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)失效(xiao)分(fen)析(xi)說明,由于(yu)固有缺陷導致的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)元器件(jian)失效(xiao)與(yu)使(shi)用(yong)不當造(zao)成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)失效(xiao)各占50%,而(er)(er)(er)對于(yu)原(yuan)器件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)造(zao)可(ke)分(fen)為微(wei)電(dian)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)芯片制(zhi)造(zao)和微(wei)電(dian)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)封(feng)裝制(zhi)造(zao)。均有可(ke)靠度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)要求。其(qi)中下面將介紹的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)是封(feng)裝的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)靠度(du)在業界(jie)一般(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)認證。 而(er)(er)(er)對于(yu)封(feng)裝的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)流程這里不再說明。

    1、焊接能力的(de)測試

    做(zuo)這個試(shi)驗(yan)時(shi),取樣(yang)數量通常(chang)用高的LTPD的低數目(LTPD=50%=5PCS)。測試(shi)時(shi)須在93度的水流(liu)中浸過8小時(shi),然后,如(ru)為(wei)含鉛封裝(zhuang)樣(yang)品,其導線腳(jiao)就在245度(+/-5 度誤差)的焊(han)材中浸放5秒(miao)(miao);如(ru)是無鉛封裝(zhuang)樣(yang)品,其導線腳(jiao)就在260度(+/-5 度誤差)焊(han)材中浸放5秒(miao)(miao)。過后,樣(yang)品在放大倍率為(wei)10-20X 的光學顯(xian)微(wei)鏡(jing)儀(yi)器(qi)檢驗(yan)。
    驗(yan)證的(de)條件為:至少導線腳(jiao)有(you)95%以(yi)上的(de)面積均勻的(de)沾(zhan)上焊材。當然在MIS-750D的(de)要求(qiu)中(zhong)也(ye)有(you)說明(ming)可(ke)焊性的(de)前(qian)處理(li)方(fang)法叫水汽老化(hua),是(shi)將被測(ce)樣品暴(bao)露(lu)于(yu)特制的(de)可(ke)以(yi)加濕(shi)的(de)水蒸汽中(zhong)8+-0。5小時,其(qi)實際的(de)作用與前(qian)面的(de)方(fang)法一樣。之后要進(jin)行干燥處理(li)才能做浸錫處理(li)。

    2、導線疲乏測試

    這(zhe)測試(shi)是(shi)用來檢(jian)驗導線腳接受(shou)(shou)外來機械力(li)的(de)(de)(de)忍受(shou)(shou)程度(du)。接受(shou)(shou)試(shi)驗的(de)(de)(de)樣品(pin)也為LTPD的(de)(de)(de)低(di)數目(LTPD=50%=5PCS), 使試(shi)樣放在(zai)特殊的(de)(de)(de)儀器(qi)上(shang),如為SOJ或TSOP型封(feng)裝(zhuang)的(de)(de)(de)小(xiao)產品(pin),應加2OZ的(de)(de)(de)力(li)于(yu)待(dai)測腳。其它封(feng)裝(zhuang)的(de)(de)(de)產品(pin),加8OZ于(yu)待(dai)測腳上(shang)。機器(qi)接著使產品(pin)腳受(shou)(shou)力(li)方(fang)向作90度(du)旋轉(zhuan),TSOP的(de)(de)(de)封(feng)裝(zhuang)須旋轉(zhuan)兩(liang)次,其它封(feng)裝(zhuang)的(de)(de)(de)要3次旋轉(zhuan)。也可(ke)以根據實(shi)際情況而定。然后(hou)用放在(zai)倍數為10-20X倍的(de)(de)(de)放:大(da)鏡檢(jian)驗。
    驗證(zheng)的條件為:導線(xian)腳無任何受機械力傷(shang)害(hai)的痕(hen)跡。

    3、晶粒(li)結合(he)強度測試

    作(zuo)這(zhe)樣的(de)測(ce)試(shi)時,樣品的(de)晶(jing)粒須接受推力的(de)作(zuo)用(yong),然(ran)后用(yong)放大倍數(shu)10-20X的(de)光(guang)學儀器檢驗。驗證的(de)條件為:晶(jing)粒與銀膠之間附(fu)著間無任何相互脫開的(de)痕跡(ji)。

    4、線接合強度的(de)測試

    作(zuo)這個測(ce)試(shi)包括兩種(zhong):線的(de)拉力測(ce)試(shi)與連接(jie)球推扯力測(ce)試(shi)。二者都有專門的(de)測(ce)試(shi)機器(qi)。對不(bu)同(tong)的(de)線徑,業界(jie)有不(bu)同(tong)的(de)標(biao)準。加(jia)力過后,樣品(pin)用放大(da)倍(bei)率10-20X的(de)光學顯(xian)微(wei)鏡檢驗。 驗證的條件(jian)為:連(lian)接線與(yu)連(lian)接球無任何機(ji)械(xie)力(li)傷害痕跡。
    以(yi)上(shang)的(de)四種試(shi)驗樣品的(de)數(shu)目則通常用(yong)高的(de)LTPD 的(de)低數(shu)目。通常為(wei)LTPD=50%=5。這是屬于力學的(de)范圍。這些(xie)與所用(yong)的(de)材料有相應的(de)關聯。

    下(xia)(xia)面所要介(jie)紹(shao)的(de)(de)(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)是(shi)長時間的(de)(de)(de)(de)(de)壽(shou)命(ming)型試(shi)驗(yan),樣(yang)品(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)選擇可(ke)以(yi)參(can)考如(ru)下(xia)(xia)LTPD取樣(yang)表(biao)來(lai)進(jin)行,一(yi)般的(de)(de)(de)(de)(de)業界(jie)都用此方法。其實取樣(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)讓這些(xie)產(chan)品(pin)足夠大,可(ke)以(yi)代(dai)表(biao)批的(de)(de)(de)(de)(de)壽(shou)命(ming),但樣(yang)品(pin)大,又考慮到(dao)試(shi)驗(yan)的(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)本,作(zuo)衰敗式的(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)靠度的(de)(de)(de)(de)(de)測試(shi),樣(yang)品(pin)數在百顆以(yi)內就夠了。表(biao)中C下(xia)(xia)行取樣(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)等(deng)級(ji)(ji),也(ye)就是(shi)允許也(ye)就是(shi)允許失(shi)效數量(liang),C橫行為序列,LTPD相應的(de)(de)(de)(de)(de)等(deng)級(ji)(ji)為10、7、5、3、2、1。5、1。

表一

    1、前(qian)處(chu)理試驗(Pre-counding)

    這個試(shi)驗(yan)在作后面所(suo)(suo)述的試(shi)驗(yan)前依照產品對濕(shi)度的敏(min)(min)感度的要(yao)求,所(suo)(suo)做的封裝產品的前處(chu)理。首(shou)先,所(suo)(suo)有待(dai)測(ce)品都要(yao)放(fang)入(ru)125℃的烤(kao)箱中進行烘(hong)烤(kao)24小時,然后濕(shi)氣敏(min)(min)感度的測(ce)試(shi),也就是放(fang)入(ru)恒溫恒濕(shi)箱中進行濕(shi)氣敏(min)(min)感測(ce)試(shi)。一般(ban)按MSL的等(deng)級進行考(kao)核(he),如下表(biao)中說明:

表二

    所選用的(de)(de)等(deng)級要(yao)(yao)求(qiu),可(ke)以(yi)(yi)按生產(chan)商的(de)(de)實際情況或按客戶的(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)而定。從表可(ke)以(yi)(yi)看出等(deng)級一要(yao)(yao)求(qiu)產(chan)品可(ke)以(yi)(yi)無限制(zhi)的(de)(de)時間(jian),儲存于30度(du)/85%的(de)(de)相對濕度(du)中,其它等(deng)級可(ke)以(yi)(yi)以(yi)(yi)此類推。經過(guo)潮(chao)濕敏感度(du)的(de)(de)試驗后,所有(you)產(chan)品要(yao)(yao)經過(guo)溫(wen)度(du)的(de)(de)變化(hua)過(guo)程(cheng)的(de)(de)紅(hong)外線(IR)回(hui)(hui)流(liu)焊(han)三(san)次(ci)。無鉛封裝的(de)(de)產(chan)品,IR回(hui)(hui)流(liu)焊(han)的(de)(de)溫(wen)度(du)為(wei)260度(du)(+5度(du)/0度(du))。這(zhe)是(shi)因為(wei)無鉛制(zhi)程(cheng)與有(you)鉛制(zhi)程(cheng)的(de)(de)產(chan)品熔點(dian)不(bu)一,所以(yi)(yi)回(hui)(hui)流(liu)焊(han)的(de)(de)溫(wen)度(du)也不(bu)能相同。回(hui)(hui)流(liu)焊(han)的(de)(de)曲線要(yao)(yao)執(zhi)行以(yi)(yi)下(xia)表中進行:

表三

    接著要做產(chan)品的外觀檢察,使(shi)用光學顯(xian)微(wei)(wei)鏡(40X)檢查組件(jian)有無外部(bu)裂縫(feng),接著做電測檢察,后(hou)進行(xing)超音波顯(xian)微(wei)(wei)鏡檢查:對所有的組件(jian),執(zhi)行(xing)掃描式音波顯(xian)微(wei)(wei)鏡分析(xi)。這(zhe)才是(shi)完整的前處理(li)試驗。

     2、溫度循環(huan)試驗 (TCT test)

    在(zai)(zai)(zai)業界TCT測(ce)(ce)試(shi)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)上下(xia)(xia)限(xian),通常分(fen)別定(ding)(ding)在(zai)(zai)(zai)150℃及-50℃。也可(ke)能參照(zhao)一下(xia)(xia)JESD20的(de)(de)(de)相關規(gui)定(ding)(ding)去做,這是(shi)由客戶與工廠所確(que)定(ding)(ding)。每(mei)(mei)次(ci)(ci)(ci)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)停留時(shi)間(jian)各為(wei)(wei)(wei)(wei)10分(fen)鐘。轉變(bian)溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)過度(du)時(shi)間(jian)為(wei)(wei)(wei)(wei)15分(fen)鐘。溫(wen)度(du)循環(huan)(huan)次(ci)(ci)(ci)數(shu)規(gui)定(ding)(ding)為(wei)(wei)(wei)(wei)250次(ci)(ci)(ci)。每(mei)(mei)一溫(wen)度(du)循環(huan)(huan)之后,應作產(chan)品的(de)(de)(de)后的(de)(de)(de)測(ce)(ce)試(shi)。應全(quan)部為(wei)(wei)(wei)(wei)良(liang)品。才算(suan)是(shi)合(he)格。也有要求在(zai)(zai)(zai)TCT后做線接合(he)強度(du)的(de)(de)(de)測(ce)(ce)試(shi),晶粒強度(du)的(de)(de)(de)測(ce)(ce)試(shi),或進行平面描顯微(wei)鏡測(ce)(ce)試(shi)(簡稱SAT)。以(yi)確(que)定(ding)(ding)封裝方面的(de)(de)(de)傷(shang)害。此試(shi)驗的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)是(shi)為(wei)(wei)(wei)(wei)了(le)查看封裝內(nei)部不(bu)同(tong)物(wu)層之間(jian)熱膨脹的(de)(de)(de)系數(shu)(CTE)有可(ke)能差異過大而對產(chan)品引(yin)起的(de)(de)(de)不(bu)同(tong)物(wu)層間(jian)界面的(de)(de)(de)脫離(li),膠體或晶粒的(de)(de)(de)破裂(lie)。一-般可(ke)用以(yi)下(xia)(xia)算(suan)試(shi)來做算(suan)TCT產(chan)生的(de)(de)(de)加速(su)因子 ( AF):

AF

    3、溫度(du)/濕(shi)度(du)/偏(pian)壓(ya)試驗(THB test)

    THB測(ce)試(shi)也就是(shi)(shi)通常說的(de)(de)(de)H3TRB試(shi)驗,其實這種(zhong)叫法是(shi)(shi)源(yuan)于高溫,高濕(shi),高電壓的(de)(de)(de)測(ce)試(shi),THB的(de)(de)(de)測(ce)試(shi)條件通常為(wei)85%的(de)(de)(de)相對(dui)濕(shi)度,85 度及(ji)1。1Vcc(靜(jing)態),時(shi)(shi)間(jian)一般為(wei)1000小(xiao)時(shi)(shi)。其間(jian)可以在(zai)168。500小(xiao)時(shi)(shi)等停下來作各種(zhong)測(ce)試(shi)。其試(shi)驗的(de)(de)(de)主要目的(de)(de)(de)是(shi)(shi)在(zai)于激發鋁(lv)(lv)金屬的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi),如發現有(you)任何的(de)(de)(de)故障,就先確認是(shi)(shi)否于這個模式(shi)有(you)關。偏(pian)壓的(de)(de)(de)加(jia)入是(shi)(shi)為(wei)鋁(lv)(lv)腐(fu)蝕(shi)所需要電解(jie)作用提(ti)供加(jia)速之(zhi)源(yuan),這個試(shi)驗的(de)(de)(de)AF估(gu)算一般為(wei)下:


AF-2

    4、高加速加壓(ya)試(shi)驗(yan)(HAST test)

    這個試(shi)驗可以和THB目的(de)相同,因(yin)為THB的(de)測(ce)試(shi)條(tiao)件很難激發IC產品(pin)中的(de)鋁(lv)金屬的(de)腐蝕。又因(yin)為其試(shi)驗時(shi)間(jian)長,現(xian)在日(ri)本的(de)一些(xie)企(qi)業大(da)都采(cai)用(yong)了(le)HAST來代替之。因(yin)為測(ce)試(shi)的(de)溫度(du)比THB增加了(le)45℃,AF約(yue)增加了(le)10 倍以上,因(yin)此,HAST的(de)測(ce)試(shi)時(shi)間(jian)被(bei)定在100以內(nei)完成的(de),大(da)大(da)地縮(suo)短(duan)了(le)封裝可靠(kao)度(du)認證(zheng)時(shi)間(jian)。
    試驗后的(de)(de)樣品檢驗,如發(fa)現有任(ren)何(he)樣品故障(zhang)(zhang),與HTOL試驗一樣,重要的(de)(de)要緊做故障(zhang)(zhang)分(fen)析,查出故障(zhang)(zhang)的(de)(de)原因,對癥下藥。

    5、壓力(li)鍋試驗(PCT test)

    PCT所能(neng)激發的封裝(zhuang)故障模(mo)態與HAST類似。二者提供(gong)的AF也(ye)相差(cha)無幾。PCT一般為168或(huo)96小(xiao)時。PCT試驗引起(qi)封裝(zhuang)在高(gao)溫,高(gao)濕(shi),高(gao)氣(qi)壓條件下對濕(shi)度的抵抗(kang)能(neng)力,失效引起(qi)的方(fang)式常有焊線拉(la)起(qi),芯片/芯片基(ji)座粘(zhan)附性差(cha),界面剝離,焊接基(ji)座的腐蝕,金屬(shu)化合(he)或(huo)是引線開路等等。

     6、錫須試驗 (Tin whisker growth test)

    從(cong)(cong)2007年7月(yue)開始,歐(ou)盟基本上(shang),禁止含(han)鉛(qian)的(de)制品(pin)進(jin)入歐(ou)盟共同市場,所(suo)以一向以鍍錫鉛(qian)合(he)金的(de)焊接導線腳的(de)IC封(feng)裝,已大部份被(bei)無(wu)鉛(qian)制程的(de)IC封(feng)裝所(suo)取代(dai),無(wu)鉛(qian)制程的(de)IC經常時間使用后,會產生類似(si)胡須(xu)(xu)的(de)小晶粒的(de)生成,從(cong)(cong)而促成相近兩(liang)腳產生短(duan)路現象(xiang),所(suo)以有所(suo)謂的(de)錫須(xu)(xu)生長的(de)測試(shi),錫須(xu)(xu)生長的(de)測試(shi)有如下(xia)表(biao)中(zhong)的(de)方式進(jin)行,且有三個不同的(de)等級:

表四

    ;主要是以(yi)下(xia)三(san)個等(deng)級去(qu)做(zuo)試驗:
    (1)將樣品儲(chu)存在55度(du)/85%相對(dui)濕度(du)下,至少要4000小時,觀察(cha)錫須的長(chang)度(du)隨時間的變化。
    (2)將(jiang)樣品儲存(cun)在30度/60%的(de)相對濕(shi)度下,至少要4000小時,觀(guan)察錫須長度與時間(jian)的(de)變化。
    (3)將樣(yang)品作從(cong)-40度(du)(du)(du)至(zhi)(zhi)85度(du)(du)(du)(或是做(zuo)-55度(du)(du)(du)到85度(du)(du)(du))TCT試驗(yan),至(zhi)(zhi)少要1500個循環,觀(guan)察錫(xi)須長度(du)(du)(du)與時(shi)間(jian)的(de)變化。

   ; 樣(yang)品測試的數量以50%的LTPD來(lai)進行(xing),故(gu)障的判(pan)定是以錫(xi)須的生長(chang)不能超(chao)過某一規定的范圍, (一般來(lai)講為50um) ,也可以參閱下表中(zhong)的說(shuo)明:

表五

    上(shang)述(shu)的這(zhe)些試驗是都是長時(shi)間的壽命試驗,除(chu)了THB為評估(gu)金(jin)屬(shu)腐蝕的阻(zu)抗力須加電壓,基(ji)本上(shang)屬(shu)于化學性質方(fang)面的測(ce)試。
    綜上所說的內容為針對(dui)(dui)(dui)不密封式(shi)封裝(zhuang)(zhuang)的可(ke)靠性的試(shi)驗(yan),一般來講是(shi)針對(dui)(dui)(dui)塑料封裝(zhuang)(zhuang)的為主,當(dang)然所提及的試(shi)驗(yan)也(ye)有其他的一些 試(shi)驗(yan)像高溫試(shi)驗(yan),鹽霧試(shi)驗(yan)等(deng)等(deng)。要(yao)結合公司的情況與(yu)客(ke)戶的合理要(yao)求而定(ding),不只要(yao)局限于(yu)此,讀者也(ye)可(ke)參考JESD47G的規定(ding)的說明再加以對(dui)(dui)(dui)產品的可(ke)靠性的理解。

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