元器件封裝可靠性認(rèn)證試驗(yàn)
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網(wǎng)絡(luò)
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瑞凱儀器
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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(guò)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(duì)元器件的選擇，采購(gòu)，使用設(shè)計(jì)，靜電防護(hù)和篩選等過(guò)程的質(zhì)量控制決定。大量的失效分析說(shuō)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(duì)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(duì)于封裝的流程這里不再說(shuō)明。
1、焊接能力的測(cè)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(cè)試時(shí)須在93度的水流中浸過(guò)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(wú)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(guò)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(shuō)明可焊性的前處理方法叫水汽老化，是將被測(cè)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(cè)試
這測(cè)試是用來(lái)檢驗(yàn)導(dǎo)線腳接受外來(lái)機(jī)械力的忍受程度。接受試驗(yàn)的樣品也為L(zhǎng)TPD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(cè)腳。其它封裝的產(chǎn)品，加8OZ于待測(cè)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(wú)任何受機(jī)械力傷害的痕跡。
3、晶粒結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試
作這樣的測(cè)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(wú)任何相互脫開的痕跡。
4、線接合強(qiáng)度的測(cè)試
作這個(gè)測(cè)試包括兩種：線的拉力測(cè)試與連接球推扯力測(cè)試。二者都有專門的測(cè)試機(jī)器。對(duì)不同的線徑，業(yè)界有不同的標(biāo)準(zhǔn)。加力過(guò)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(wú)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L(zhǎng)TPD=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(zhǎng)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(lái)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(cè)試，樣品數(shù)在百顆以內(nèi)就夠了。表中C下行取樣的等級(jí)，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(jí)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(duì)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(cè)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(cè)試，也就是放入恒溫恒濕箱中進(jìn)行濕氣敏感測(cè)試。一般按MSL的等級(jí)進(jìn)行考核，如下表中說(shuō)明：
所選用的等級(jí)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(jí)一要求產(chǎn)品可以無(wú)限制的時(shí)間，儲(chǔ)存于30度/85%的相對(duì)濕度中，其它等級(jí)可以以此類推。經(jīng)過(guò)潮濕敏感度的試驗(yàn)后，所有產(chǎn)品要經(jīng)過(guò)溫度的變化過(guò)程的紅外線(IR)回流焊三次。無(wú)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(wú)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。回流焊的曲線要執(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(wú)外部裂縫，接著做電測(cè)檢察，后進(jìn)行超音波顯微鏡檢查：對(duì)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(cè)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(guò)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(cè)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(cè)試，晶粒強(qiáng)度的測(cè)試，或進(jìn)行平面描顯微鏡測(cè)試(簡(jiǎn)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(guò)大而對(duì)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(lái)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(cè)試也就是通常說(shuō)的H3TRB試驗(yàn)，其實(shí)這種叫法是源于高溫，高濕，高電壓的測(cè)試，THB的測(cè)試條件通常為85%的相對(duì)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(lái)作各種測(cè)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：
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(cè)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(zhǎng)，現(xiàn)在日本的一些企業(yè)大都采用了HAST來(lái)代替之。因?yàn)闇y(cè)試的溫度比THB增加了45℃，AF約增加了10 倍以上，因此，HAST的測(cè)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(duì)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(wú)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(duì)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(chǎng)，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(wú)鉛制程的IC封裝所取代，無(wú)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(zhǎng)的測(cè)試，錫須生長(zhǎng)的測(cè)試有如下表中的方式進(jìn)行，且有三個(gè)不同的等級(jí)：
主要是以下三個(gè)等級(jí)去做試驗(yàn)：
（1）將樣品儲(chǔ)存在55度/85%相對(duì)濕度下，至少要4000小時(shí)，觀察錫須的長(zhǎng)度隨時(shí)間的變化。
（2）將樣品儲(chǔ)存在30度/60%的相對(duì)濕度下，至少要4000小時(shí)，觀察錫須長(zhǎng)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(zhǎng)度與時(shí)間的變化。
樣品測(cè)試的數(shù)量以50%的LTPD來(lái)進(jìn)行，故障的判定是以錫須的生長(zhǎng)不能超過(guò)某一規(guī)定的范圍， (一般來(lái)講為50um)
，也可以參閱下表中的說(shuō)明：
上述的這些試驗(yàn)是都是長(zhǎng)時(shí)間的壽命試驗(yàn)，除了THB為評(píng)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(cè)試。
綜上所說(shuō)的內(nèi)容為針對(duì)不密封式封裝的可靠性的試驗(yàn)，一般來(lái)講是針對(duì)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(shuō)明再加以對(duì)產(chǎn)品的可靠性的理解。
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