封装的可靠性测试

封装的可靠度认证试验
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。

● 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：
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：
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。

● 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，或进行平面扫描显微镜测试（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=（△Ts/△Tf）n
式中，△Ts=测试中的高低温极限差。

一般为（150度~-65度）
△ Tf=实际应用的高低温极限差。

一般为（70度~0度）
n=与故障模式有关，由实验决定的经验值。

通常N=5。

（幂次方）
例如：我司的试验温度为150度~-65度，那么AF=273.34
那么对于25Cycle:40/60hr*250cycle*273.34=45556.6hr=1898天=5.2年.
但针对日本,他们的N值一般为2.使用温度也有一定的变化,一般为40度到10度.
● 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=（HRs/HRf）m exp[Q/K(1/Tf-1/Ts)
式中：HRs=测试时相对湿度，
HR f=实际操作时相对的湿度，
Ts=试验时温度，
Tf=实际操作时的温度，
M=与故障有关的，由试验决定的经验值，（幂次方）
Q=主要的故障模式的激化能量。

（一般业界以0.7eV~0.8 eV之间，为铝金属腐蚀的激化能量。

）
● 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。

● 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。

● 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：
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：
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。

本文所参考的文件主要是以下：
1．--------------JESD20C
2．-------------JESD47G
3．--------JESD201A
5．---------电子原器件可靠技术教程（北京航空航天大学出版）
6．---------杭州可靠性仪器厂可靠性试验设备标准汇编。

7．----------半导体IC产品可靠度统计物理与工程。

（台湾五南国书出版公
司）。