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元器件封裝可靠性認(rèn)證試驗(yàn)

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(jì)，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(jì)，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(gè)試驗(yàn)時(shí)，取樣數(shù)量通常用高的LTPD的低數(shù)目(LTPD=50%=5PCS)。測試時(shí)須在93度的水流中浸過8小時(shí)，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(yàn)。
驗(yàn)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(shí)，其實(shí)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(yàn)導(dǎo)線腳接受外來機(jī)械力的忍受程度。接受試驗(yàn)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(jī)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(shí)際情況而定。然后用放在倍數(shù)為10-20X倍的放：大鏡檢驗(yàn)。
驗(yàn)證的條件為：導(dǎo)線腳無任何受機(jī)械力傷害的痕跡。

3、晶粒結(jié)合強(qiáng)度測試

作這樣的測試時(shí)，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(yàn)。驗(yàn)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(qiáng)度的測試

作這個(gè)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(jī)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(yàn)。驗(yàn)證的條件為：連接線與連接球無任何機(jī)械力傷害痕跡。
以上的四種試驗(yàn)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(yàn)是長時(shí)間的壽命型試驗(yàn)，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(shí)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(yàn)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(yàn)(Pre-counding)

這個(gè)試驗(yàn)在作后面所述的試驗(yàn)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(shí)，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(shí)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(shí)間，儲(chǔ)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(yàn)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?yàn)闊o鉛制程與有鉛制程的產(chǎn)品熔點(diǎn)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(yàn)。

2、溫度循環(huán)試驗(yàn) (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(shí)間各為10分鐘。轉(zhuǎn)變溫度的過度時(shí)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(qiáng)度的測試，晶粒強(qiáng)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(yàn)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(yàn)(THB test)

THB測試也就是通常說的H3TRB試驗(yàn)，其實(shí)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(shí)間一般為1000小時(shí)。其間可以在168。500小時(shí)等停下來作各種測試。其試驗(yàn)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(gè)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(gè)試驗(yàn)的AF估算一般為下：

AF-2

4、高加速加壓試驗(yàn)(HAST test)

這個(gè)試驗(yàn)可以和THB目的相同，因?yàn)門HB的測試條件很難激發(fā)IC產(chǎn)品中的鋁金屬的腐蝕。又因?yàn)槠湓囼?yàn)時(shí)間長，現(xiàn)在日本的一些企業(yè)大都采用了HAST來代替之。因?yàn)闇y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(shí)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(shí)間。
試驗(yàn)后的樣品檢驗(yàn)，如發(fā)現(xiàn)有任何樣品故障，與HTOL試驗(yàn)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(yàn)(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(shí)。PCT試驗(yàn)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(yàn) (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(shí)間使用后，會(huì)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(gè)不同的等級：

    主要是以下三個(gè)等級去做試驗(yàn)：
    （1）將樣品儲(chǔ)存在55度/85%相對濕度下，至少要4000小時(shí)，觀察錫須的長度隨時(shí)間的變化。
    （2）將樣品儲(chǔ)存在30度/60%的相對濕度下，至少要4000小時(shí)，觀察錫須長度與時(shí)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(yàn)，至少要1500個(gè)循環(huán)，觀察錫須長度與時(shí)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(yàn)是都是長時(shí)間的壽命試驗(yàn)，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(yàn)，一般來講是針對塑料封裝的為主，當(dāng)然所提及的試驗(yàn)也有其他的一些試驗(yàn)像高溫試驗(yàn)，鹽霧試驗(yàn)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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