元器件封裝可靠性認(rèn)證試驗
作者：
網(wǎng)絡(luò)
編輯：
瑞凱儀器
來源：
網(wǎng)絡(luò)
發(fā)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(chǎn)單位在元器件的設(shè)計，工藝和原材料的選用等過程中的質(zhì)量的控制所決定，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(hù)和篩選等過程的質(zhì)量控制決定。大量的失效分析說明，由于固有缺陷導(dǎo)致的元器件失效與使用不當(dāng)造成的失效各占50%，而對于原器件的制造可分為微電子的芯片制造和微電子的封裝制造。均有可靠度的要求。其中下面將介紹的是封裝的可靠度在業(yè)界一般的認(rèn)證。 而對于封裝的流程這里不再說明。
1、焊接能力的測試
做這個試驗時，取樣數(shù)量通常用高的LTPD的低數(shù)目(LTPD=50%=5PCS)。測試時須在93度的水流中浸過8小時，然后，如為含鉛封裝樣品，其導(dǎo)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，其導(dǎo)線腳就在260度(+/-5 度誤差)焊材中浸放5秒。過后，樣品在放大倍率為10-20X 的光學(xué)顯微鏡儀器檢驗。
驗證的條件為：至少導(dǎo)線腳有95%以上的面積均勻的沾上焊材。當(dāng)然在MIS-750D的要求中也有說明可焊性的前處理方法叫水汽老化，是將被測樣品暴露于特制的可以加濕的水蒸汽中8+-0。5小時，其實際的作用與前面的方法一樣。之后要進(jìn)行干燥處理才能做浸錫處理。
2、導(dǎo)線疲乏測試
這測試是用來檢驗導(dǎo)線腳接受外來機械力的忍受程度。接受試驗的樣品也為LTPD的低數(shù)目(LTPD=50%=5PCS)， 使試樣放在特殊的儀器上，如為SOJ或TSOP型封裝的小產(chǎn)品，應(yīng)加2OZ的力于待測腳。其它封裝的產(chǎn)品，加8OZ于待測腳上。機器接著使產(chǎn)品腳受力方向作90度旋轉(zhuǎn)，TSOP的封裝須旋轉(zhuǎn)兩次，其它封裝的要3次旋轉(zhuǎn)。也可以根據(jù)實際情況而定。然后用放在倍數(shù)為10-20X倍的放：大鏡檢驗。
驗證的條件為：導(dǎo)線腳無任何受機械力傷害的痕跡。
3、晶粒結(jié)合強度測試
作這樣的測試時，樣品的晶粒須接受推力的作用，然后用放大倍數(shù)10-20X的光學(xué)儀器檢驗。驗證的條件為：晶粒與銀膠之間附著間無任何相互脫開的痕跡。
4、線接合強度的測試
作這個測試包括兩種：線的拉力測試與連接球推扯力測試。二者都有專門的測試機器。對不同的線徑，業(yè)界有不同的標(biāo)準(zhǔn)。加力過后，樣品用放大倍率10-20X的光學(xué)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跡。
以上的四種試驗樣品的數(shù)目則通常用高的LTPD
的低數(shù)目。通常為LTPD=50%=5。這是屬于力學(xué)的范圍。這些與所用的材料有相應(yīng)的關(guān)聯(lián)。
下面所要介紹的試驗是長時間的壽命型試驗，樣品的選擇可以參考如下LTPD取樣表來進(jìn)行，一般的業(yè)界都用此方法。其實取樣的目的是讓這些產(chǎn)品足夠大，可以代表批的壽命，但樣品大，又考慮到試驗的成本，作衰敗式的可靠度的測試，樣品數(shù)在百顆以內(nèi)就夠了。表中C下行取樣的等級，也就是允許也就是允許失效數(shù)量，C橫行為序列，LTPD相應(yīng)的等級為10、7、5、3、2、1。5、1。
1、前處理試驗(Pre-counding)
這個試驗在作后面所述的試驗前依照產(chǎn)品對濕度的敏感度的要求，所做的封裝產(chǎn)品的前處理。首先，所有待測品都要放入125℃的烤箱中進(jìn)行烘烤24小時，然后濕氣敏感度的測試，也就是放入恒溫恒濕箱中進(jìn)行濕氣敏感測試。一般按MSL的等級進(jìn)行考核，如下表中說明：
所選用的等級要求，可以按生產(chǎn)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求產(chǎn)品可以無限制的時間，儲存于30度/85%的相對濕度中，其它等級可以以此類推。經(jīng)過潮濕敏感度的試驗后，所有產(chǎn)品要經(jīng)過溫度的變化過程的紅外線(IR)回流焊三次。無鉛封裝的產(chǎn)品，IR回流焊的溫度為260度(+5度/0度)。這是因為無鉛制程與有鉛制程的產(chǎn)品熔點不一，所以回流焊的溫度也不能相同?；亓骱傅那€要執(zhí)行以下表中進(jìn)行：
接著要做產(chǎn)品的外觀檢察，使用光學(xué)顯微鏡(40X)檢查組件有無外部裂縫，接著做電測檢察，后進(jìn)行超音波顯微鏡檢查：對所有的組件，執(zhí)行掃描式音波顯微鏡分析。這才是完整的前處理試驗。
2、溫度循環(huán)試驗 (TCT test)
在業(yè)界TCT測試的溫度的上下限，通常分別定在150℃及-50℃。也可能參照一下JESD20的相關(guān)規(guī)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分鐘。轉(zhuǎn)變溫度的過度時間為15分鐘。溫度循環(huán)次數(shù)規(guī)定為250次。每一溫度循環(huán)之后，應(yīng)作產(chǎn)品的后的測試。應(yīng)全部為良品。才算是合格。也有要求在TCT后做線接合強度的測試，晶粒強度的測試，或進(jìn)行平面描顯微鏡測試(簡稱SAT)。以確定封裝方面的傷害。此試驗的目的是為了查看封裝內(nèi)部不同物層之間熱膨脹的系數(shù)(CTE)有可能差異過大而對產(chǎn)品引起的不同物層間界面的脫離，膠體或晶粒的破裂。一-般可用以下算試來做算TCT產(chǎn)生的加速因子
( AF)：
3、溫度/濕度/偏壓試驗(THB test)
THB測試也就是通常說的H3TRB試驗，其實這種叫法是源于高溫，高濕，高電壓的測試，THB的測試條件通常為85%的相對濕度，85 度及1。1Vcc(靜態(tài))，時間一般為1000小時。其間可以在168。500小時等停下來作各種測試。其試驗的主要目的是在于激發(fā)鋁金屬的腐蝕，如發(fā)現(xiàn)有任何的故障，就先確認(rèn)是否于這個模式有關(guān)。偏壓的加入是為鋁腐蝕所需要電解作用提供加速之源，這個試驗的AF估算一般為下：
4、高加速加壓試驗(HAST test)
這個試驗可以和THB目的相同，因為THB的測試條件很難激發(fā)IC產(chǎn)品中的鋁金屬的腐蝕。又因為其試驗時間長，現(xiàn)在日本的一些企業(yè)大都采用了HAST來代替之。因為測試的溫度比THB增加了45℃，AF約增加了10 倍以上，因此，HAST的測試時間被定在100以內(nèi)完成的，大大地縮短了封裝可靠度認(rèn)證時間。
試驗后的樣品檢驗，如發(fā)現(xiàn)有任何樣品故障，與HTOL試驗一樣，重要的要緊做故障分析，查出故障的原因，對癥下藥。
5、壓力鍋試驗(PCT
test)
PCT所能激發(fā)的封裝故障模態(tài)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試驗引起封裝在高溫，高濕，高氣壓條件下對濕度的抵抗能力，失效引起的方式常有焊線拉起，芯片/芯片基座粘附性差，界面剝離，焊接基座的腐蝕，金屬化合或是引線開路等等。
6、錫須試驗 (Tin whisker growth test)
從2007年7月開始，歐盟基本上，禁止含鉛的制品進(jìn)入歐盟共同市場，所以一向以鍍錫鉛合金的焊接導(dǎo)線腳的IC封裝，已大部份被無鉛制程的IC封裝所取代，無鉛制程的IC經(jīng)常時間使用后，會產(chǎn)生類似胡須的小晶粒的生成，從而促成相近兩腳產(chǎn)生短路現(xiàn)象，所以有所謂的錫須生長的測試，錫須生長的測試有如下表中的方式進(jìn)行，且有三個不同的等級：
主要是以下三個等級去做試驗：
（1）將樣品儲存在55度/85%相對濕度下，至少要4000小時，觀察錫須的長度隨時間的變化。
（2）將樣品儲存在30度/60%的相對濕度下，至少要4000小時，觀察錫須長度與時間的變化。
（3）將樣品作從-40度至85度(或是做-55度到85度)TCT試驗，至少要1500個循環(huán)，觀察錫須長度與時間的變化。
樣品測試的數(shù)量以50%的LTPD來進(jìn)行，故障的判定是以錫須的生長不能超過某一規(guī)定的范圍， (一般來講為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，基本上屬于化學(xué)性質(zhì)方面的測試。
綜上所說的內(nèi)容為針對不密封式封裝的可靠性的試驗，一般來講是針對塑料封裝的為主，當(dāng)然所提及的試驗也有其他的一些 試驗像高溫試驗，鹽霧試驗等等。要結(jié)合公司的情況與客戶的合理要求而定，不只要局限于此，讀者也可參考JESD47G的規(guī)定的說明再加以對產(chǎn)品的可靠性的理解。
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