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非密封表面器件在可靠性试验前的预处理

作者: 编辑: 来源: 发布日期: 2020.08.03
    1、范围
    GB/T4937的本部分规定了非密封表面安装器件(SMDs)在可靠性试验前预处理的标准程序。
    本部分规定了SMDs的预处理流程。
    SMDs在进行规定的室内可靠性试验(鉴定/可靠性监测)前,需按本部分所规定的流程进行适当的预处理,以评估器件的长期可靠性(受焊接应力的影响)。
    注: GB/T 4937. 20和本部分中的潮湿诱导应力敏感度条件(或潮湿敏感度等级(MSL) )与实际使用的再流焊条件之间的关系依赖于半导体器件承制方的温度测量。因此,建议在装配过程中,实时监控温度最高的潮湿敏感SMD封装顶面的温度,以确保其温度不超过元件评估温度。
    2、规范性引用文件
    下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
    GB/T4937.20-XXXX半导体器件-机械和气候试验方法-第20部分:塑封表面安装器件的耐潮湿和焊接热综合影响(IEC 60749-20: 2008, IDT)
    GB/T4937.25-XXXX半导体器件-机械和气候试验方法-第25部分:温度循环(IEC60749-25:2003,
    IEC 60749-4半导体器件-机械和气候试验方法-第4部分:强加速稳态湿热试验(HAST )
    ( Semiconductor devices. -Mechanical and climatic test methods- -Part 4:Damp heat, steadystate, highly accelerated stress test (HAST) )
    IEC 60749-5 半导体器件-机械和气候试验方法-第5部分:稳态温湿度偏置寿命试验
    ( Semiconductor devices. -Mechanical and climatic test me thods -Part 5:Steady- -statetemperature humidity bias life test)
    IEC 60749-11 半导体器件-机械和气候试验方法-第11部分:快速温度变化一双液槽法
    ( Semiconductor devices -Mechanical and climatic test methods -Part 11 :Rapid change oftemperature- Two-fluid-bath method)
    IEC60749-24半导体器件-机械和气候试验方法-第24部分:加速耐湿无偏置强加速应力试验
    (Semi conductor dev ices -Mechanical and climatic test me thods -Part 24:Accelerated mois tureresi stance-Unbiased HAST)
    IEC 60749-33 半导体器件-机械和气候试验方法-第33部分:加速耐湿-无偏置高压蒸煮
    ( Semi conductor devices- -Mechanical and cl imatic test me thods -Part 33 :Accelerated mois tureresi s tance-Unbiased autoc lave)
    3、总则
    焊接热试验会使SMDs中潮气(SMDs在存贮期间吸收的)气压升高,从而导致SMDs塑料封装破裂和电气性能失效。本部分是通过模拟贮存在仓库或干燥包装环境中SMDs吸收的潮气,进而对其进行耐焊接热性能的评价。
    4、试验设备和材料
    4.1恒温恒湿试验箱
    恒温恒湿试验箱应能在85℃/85% RH (相对湿度)、85℃/60% RH、85℃/30% RH、30℃/70% RH和30℃/60%RH下工作。在恒温恒湿试验箱工作区域内,温度容差为±2℃,相对湿度容差为土3% RH。 
    4.2焊接设备
    焊接设备应包含以下设备:
    a)100%对流再流焊系统:再流焊首选设备,能提供本部分要求的再流焊曲线;
    b) 气相再流焊(VPR) 室:使用合适的液体,能在215℃~219 ℃和(或) 235℃±5℃下工作。该室能在不损坏水汽覆盖层的前提下加热封装,且能再次冷凝水汽,从而降低气相焊接液体的损失。气相焊接液体应在上述规定的合适温度下汽化;
    c) 红外(IR) /对流再流焊设备:应能提供本部分要求的再流焊曲线。推荐使用红外加热空气,不应直接作用于试验样品;
    d) 波峰焊接设备:应能维持GB/T 4937. 20- XXXX中5. 4.4规定的条件。
    注:潮湿敏感条件(分级)试验结果取决于封装壳体温度,而不是电路板或引线温度。对流和气相再流焊比红外更具可控性和重复性。当气相再流焊、红外/对流和对流之间存在冲突时,应以对流结果为准。
    4.3光学显微镜
    光学显微镜(40倍,用于外部目检)。.
    4.4电学测试设备
    电学测试设备应具备常温直流测试和功能测试的能力。
    4.5干燥(烘焙)箱
    干燥(烘焙)箱能在125±5℃下工作。
    4.6温度循环箱(可选)

    温度循环箱工作范围至少为-40℃~60℃,与GB/T 4937. 25-XXXX -致。可接受的、可选择的试验条件和温度容差见GB/T 4937. 25- XXXX 中表1。

    5、程序
    5.1通则
    根据GB/T 4937. 20-XXXX中的潮湿敏感等级(MSL), 同时可参考其它的潮湿评估数据,来确定适当的预处理程序,使其尽可能通过。建议使用合适的方法和类似的器件进行预评估。但5. 5中浸渍顺序应与表1和表2中车间寿命信息一致。
    5.2初始测量
    5.2. 1电测试
    进行直流电测试和功能测试,确认器件是否满足相关文件要求,替换不满足要求的器件。
    5.2.2外观检查
    在40倍光学显微镜下进行外部目检,确保试验样品没有外部裂纹或其他损伤。如果存在机械损伤不合格品,则应在生产过程中采取纠正措施,并自纠正后的生产批中抽取新的样本。
    5.3 温度循环(可选)
    进行5次-40 C (或者更低) ~60 C (或者更高)的温度循环,以模拟运输条件。当相关文件有规定时,本步骤为可选的。
    5.4 干燥(烘焙)
    最低(125±5)℃下烘焙器件至少24h,去除封装内部水汽,以达到真正的“干燥”。
    注1:如果接受预处理的某一器 件吸附数据表明,需要更多或更少的时间来获得“干燥”封装,则烘焙时间应适当修正。
    注2:如果预处理由半导体器件承制方实施,因为风险在供应商自身,步骤5.2.1、5.2.2、 5.4可选做。如果预处理由用户实施,步骤5. 8可选做。
    5.5干燥包装 SMDs浸渍条件
    采用以下浸渍条件。浸渍应在烘焙后2 h内开始。
    5.5.1 方法A-GB/T 4937.20- -XXXX中干燥包装SMDs

    试验按表1规定进行,参考GB/T 4937. 20- XXXX 中5.3.3.2方法A。

表1 方法A预处理流程

    5.5.2方法B-GB/T 497. 20- -xxx 中干燥包装sMDsS
    试验按表2规定进行,参考GB/T 4937.20-0 -x3.3.3.方法B。

表2 方法B

    5.6 GB/T 4937.20- XXXX中非干燥包装SMDs浸渍条件
    试验按表3规定进行,参考GB/T 4937. 20- XXXX中5.3.2 一致。

表3

表3-1


    5.7 再流焊
    器件从恒温恒湿试验箱移出后15min到4h之间,采用GB/T 4937. 20- XXXX中合适的再流焊条件进行3次循环。所有温度均为本体温度。
    在两次再流焊循环之间,允许将器件放置在室温环境下至少冷却5min。
    5.8 模拟助焊剂使用(可选)
    5.8. 1助焊剂使用
    再流焊循环完成之后,允许器件在室温下至少冷却15min。在室温下,将器件主体大部分浸入到助焊剂中至少10s,从而使活性水溶性助焊剂施加到器件引线上。当相关文件有规定时,助焊剂使用是可选的。
    5.8.2使用 助焊剂后清洗
    使用多次搅动的去离子水冲洗器件。使用助焊剂后可立即清洗。进行下一步之前,器件应在室温环境温度下干燥。
    5.9最终检查
    5.9.1 电测试
    进行直流电测试和功能测试,确认器件能否达到规范的常温数据表要求。
    5.9.2目检
    在40倍的光学显微镜下进行外部目检,确保器件外表面无裂纹。
    预处理造成的任何失效,表明该器件等级划分错误。应进行失效分析,如果可以,应对该器件重新评估,确定正确的潮湿敏感等级。在进行5. 10可靠性试验之前,应重新提交样品进行正确等级的预处理。
    注:由于风险是由供应商来承担,对半导体生产商,最终检查步骤是可选的,可以省略。
    5.10应用可靠性试验
    SMD 进行可靠性试验之前,如强加速稳态湿热试验(HAST) (IEC 60749-4)、 温湿度偏置寿命试验(IEC 60749-5)、快速温度变化-双液体槽法(IEC 60749- II)、加速耐湿-无偏置强加速应力试验(IEC60749-24)、温度循环(GB/T 4937. 25),或加速耐湿-无偏置高压蒸煮(IEC 60749-33),应按照本部分进行适当的预处理。
    6、说明
    应在相关文件中规定以下细节:
    a)使用的预处理条件(方法)类别;
    b)如有要求, 为验证运输能力,应规定温度循环条件和循环次数(见5.3);
    c)应规定再流焊循环次数,如不是3次(见5.7);
    d) 如有要求,应规定助焊剂类型(见5.8);
    e)可靠性试验程序及试验条件(见5.10);
    f) 电测试描述,包括测试温度(见5.9)。
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