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元器件封装可靠性认证试验

作者: 网络 编辑: 瑞凯仪器 来源: 网络 发布日期: 2020.08.29
    元器件的可靠性可由固有的可靠性与使用的可靠性组成。其中固有可靠性由元器件的生产单位在元器件的设计,工艺和原材料的选用等过程中的质量的控制所决定,而使用的可靠性主要由使用方对元器件的选择,采购,使用设计,静电防护和筛选等过程的质量控制决定。大量的失效分析说明,由于固有缺陷导致的元器件失效与使用不当造成的失效各占50%,而对于原器件的制造可分为微电子的芯片制造和微电子的封装制造。均有可靠度的要求。其中下面将介绍的是封装的可靠度在业界一般的认证。 而对于封装的流程这里不再说明。

    1、焊接能力的测试

    做这个试验时,取样数量通常用高的LTPD的低数目(LTPD=50%=5PCS)。测试时须在93度的水流中浸过8小时,然后,如为含铅封装样品,其导线脚就在245度(+/-5 度误差)的焊材中浸放5秒;如是无铅封装样品,其导线脚就在260度(+/-5 度误差)焊材中浸放5秒。过后,样品在放大倍率为10-20X 的光学显微镜仪器检验。
    验证的条件为:至少导线脚有95%以上的面积均匀的沾上焊材。当然在MIS-750D的要求中也有说明可焊性的前处理方法叫水汽老化,是将被测样品暴露于特制的可以加湿的水蒸汽中8+-0。5小时,其实际的作用与前面的方法一样。之后要进行干燥处理才能做浸锡处理。

    2、导线疲乏测试

    这测试是用来检验导线脚接受外来机械力的忍受程度。接受试验的样品也为LTPD的低数目(LTPD=50%=5PCS), 使试样放在特殊的仪器上,如为SOJ或TSOP型封装的小产品,应加2OZ的力于待测脚。其它封装的产品,加8OZ于待测脚上。机器接着使产品脚受力方向作90度旋转,TSOP的封装须旋转两次,其它封装的要3次旋转。也可以根据实际情况而定。然后用放在倍数为10-20X倍的放:大镜检验。
    验证的条件为:导线脚无任何受机械力伤害的痕迹。

    3、晶粒结合强度测试

    作这样的测试时,样品的晶粒须接受推力的作用,然后用放大倍数10-20X的光学仪器检验。验证的条件为:晶粒与银胶之间附着间无任何相互脱开的痕迹。

    4、线接合强度的测试

    作这个测试包括两种:线的拉力测试与连接球推扯力测试。二者都有专门的测试机器。对不同的线径,业界有不同的标准。加力过后,样品用放大倍率10-20X的光学显微镜检验。 验证的条件为:连接线与连接球无任何机械力伤害痕迹。
    以上的四种试验样品的数目则通常用高的LTPD 的低数目。通常为LTPD=50%=5。这是属于力学的范围。这些与所用的材料有相应的关联。

    下面所要介绍的试验是长时间的寿命型试验,样品的选择可以参考如下LTPD取样表来进行,一般的业界都用此方法。其实取样的目的是让这些产品足够大,可以代表批的寿命,但样品大,又考虑到试验的成本,作衰败式的可靠度的测试,样品数在百颗以内就够了。表中C下行取样的等级,也就是允许也就是允许失效数量,C横行为序列,LTPD相应的等级为10、7、5、3、2、1。5、1。

表一

    1、前处理试验(Pre-counding)

    这个试验在作后面所述的试验前依照产品对湿度的敏感度的要求,所做的封装产品的前处理。首先,所有待测品都要放入125℃的烤箱中进行烘烤24小时,然后湿气敏感度的测试,也就是放入恒温恒湿箱中进行湿气敏感测试。一般按MSL的等级进行考核,如下表中说明:

表二

    所选用的等级要求,可以按生产商的实际情况或按客户的要求而定。从表可以看出等级一要求产品可以无限制的时间,储存于30度/85%的相对湿度中,其它等级可以以此类推。经过潮湿敏感度的试验后,所有产品要经过温度的变化过程的红外线(IR)回流焊三次。无铅封装的产品,IR回流焊的最高温度为260度(+5度/0度)。这是因为无铅制程与有铅制程的产品熔点不一,所以回流焊的温度也不能相同。回流焊的曲线要执行以下表中进行:

表三

    接着要做产品的外观检察,使用光学显微镜(40X)检查组件有无外部裂缝,接着做电测检察,最后进行超音波显微镜检查:对所有的组件,执行扫描式音波显微镜分析。这才是完整的前处理试验。

     2、温度循环试验 (TCT test)

    在业界TCT测试的温度的上下限,通常分别定在150℃及-50℃。也可能参照一下JESD20的相关规定去做,这是由客户与工厂所确定。每次的温度停留时间各为10分钟。转变温度的过度时间为15分钟。温度循环次数规定为250次。每一温度循环之后,应作产品的最后的测试。应全部为良品。才算是合格。也有要求在TCT后做线接合强度的测试,晶粒强度的测试,或进行平面描显微镜测试(简称SAT)。以确定封装方面的伤害。此试验的目的是为了查看封装内部不同物层之间热膨胀的系数(CTE)有可能差异过大而对产品引起的不同物层间界面的脱离,胶体或晶粒的破裂。一-般可用以下算试来做算TCT产生的加速因子 ( AF):

AF

    3、温度/湿度/偏压试验(THB test)

    THB测试也就是通常说的H3TRB试验,其实这种叫法是源于高温,高湿,高电压的测试,THB的测试条件通常为85%的相对湿度,85 度及1。1Vcc(静态),时间一般为1000小时。其间可以在168。500小时等停下来作各种测试。其试验的主要目的是在于激发铝金属的腐蚀,如发现有任何的故障,就先确认是否于这个模式有关。偏压的加入是为铝腐蚀所需要电解作用提供加速之源,这个试验的AF估算一般为下:


AF-2

    4、高加速加压试验(HAST test)

    这个试验可以和THB目的相同,因为THB的测试条件很难激发IC产品中的铝金属的腐蚀。又因为其试验时间长,现在日本的一些企业大都采用了HAST来代替之。因为测试的温度比THB增加了45℃,AF约增加了10 倍以上,因此,HAST的测试时间被定在100以内完成的,大大地缩短了封装可靠度认证时间。
    试验后的样品检验,如发现有任何样品故障,与HTOL试验一样,最重要的要紧做故障分析,查出故障的原因,对症下药。

    5、压力锅试验(PCT test)

    PCT所能激发的封装故障模态与HAST类似。二者提供的AF也相差无几。PCT一般为168或96小时。PCT试验引起封装在高温,高湿,高气压条件下对湿度的抵抗能力,失效引起的方式常有焊线拉起,芯片/芯片基座粘附性差,界面剥离,焊接基座的腐蚀,金属化合或是引线开路等等。

     6、锡须试验 (Tin whisker growth test)

    从2007年7月开始,欧盟基本上,禁止含铅的制品进入欧盟共同市场,所以一向以镀锡铅合金的焊接导线脚的IC封装,已大部份被无铅制程的IC封装所取代,无铅制程的IC经常时间使用后,会产生类似胡须的小晶粒的生成,从而促成相近两脚产生短路现象,所以有所谓的锡须生长的测试,锡须生长的测试有如下表中的方式进行,且有三个不同的等级:

表四

    主要是以下三个等级去做试验:
    (1)将样品储存在55度/85%相对湿度下,至少要4000小时,观察锡须的长度随时间的变化。
    (2)将样品储存在30度/60%的相对湿度下,至少要4000小时,观察锡须长度与时间的变化。
    (3)将样品作从-40度至85度(或是做-55度到85度)TCT试验,至少要1500个循环,观察锡须长度与时间的变化。

    样品测试的数量以50%的LTPD来进行,故障的判定是以锡须的生长不能超过某一规定的范围, (一般来讲为50um) ,也可以参阅下表中的说明:

表五

    上述的这些试验是都是长时间的寿命试验,除了THB为评估金属腐蚀的阻抗力须加电压,基本上属于化学性质方面的测试。
    综上所说的内容为针对不密封式封装的可靠性的试验,一般来讲是针对塑料封装的为主,当然所提及的试验也有其他的一些 试验像高温试验,盐雾试验等等。要结合公司的情况与客户的合理要求而定,不只要局限于此,读者也可参考JESD47G的规定的说明再加以对产品的可靠性的理解。
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