芯片封装可靠性环境试验

业务挑战

什么是芯片封装可靠性环境试验

芯片封装可靠性环境应力试验的目的主要是针对半导体零件的封装(Package Assembly)质量进行试验。影响封装质量的关键环境包括：封装结构的耐温水平、封装结构的抗温湿水平、封装结构的疲劳老化因素，最后是有关保存与管制的要求。

封装可靠性环境应力试验的复杂度受到环境变迁影响而更加多元，传统的单一试验逐渐的被复合式效益所取代。离如诸多空气污染衍生的酸雨、废气等，在高温下所产生的加速腐蚀模式，已非传统观念可以有效验证。

CTI华测检测可提供完整的芯片封装可靠性环境试验项目，包含技术整合咨询、实验设计规划、硬件设计制作、环境应力试验、封装品质试验等一站式服务，协助客户通过JEDEC、MIL—STD、AEC-Q等可靠性国际试验标准。

芯片封装可靠性环境试验

▌ 环境应力试验

1).湿度敏感等级区分 (Moisture Sensitive Level / MSL)

针对表面黏着型(SMD)且非密封型(Non-hermetic)零件或得经过SMT回焊制程(Reflow)之其他零件类别进行验证。判断标准主要以超音波扫描(SAT、SAM或CSAM)判断脱层(Delamination)位置与脱层比率，藉以制定湿度敏感等级。湿度敏感等级区分后，作为可靠度试验前处理 (Precondition Test)的应用。可靠度前处理的目的在于仿真零件自生产、运输至客户上线使用这个循环过程。前处理的吸湿条件是根据零件之湿度敏感等级而来，也是工厂使用时的管理参考。多项可靠度环境应力试验均需要先执行前处理后才展开。

2).温度循环试验 (Temperature Cycling Test)

温度循环测试又称为可靠度试验之母，是可靠度试验中相当重要的一项。利用温度循环加诸于零件上，产生膨胀系数不匹配的影响，长期造成零件的疲劳老化(Fatigue)，发生失效的结果。以零件封装体来看，常出现的问题包括：打线脱落、结构脱层、金属断裂、焊点疲劳龟裂等现象，是最贴近真实使用的模拟。

3).温湿度偏压试验(Temperature Humidity Bias Test)

以高温潮湿的环境并加上电压，形成加速模式化学反应，产生腐蚀现象。除静态环境试验外，常使用偏压测试，更能看出封装体内部金属材料之离子迁移风险，也可同步测试产品的抗腐蚀性。由于实验时间长，可使用高加速温湿度试验 (HAST，Highly Accelerated Stress Test)替代。其差异点在加湿过程中，由于更高的温度，产生更大的大气压力，加速了腐蚀速度。根据JEDEC的定义，96小时的HAST试验可以替代1000小时的高温高湿试验(85℃ / 85% RH)。

4).高低温贮存试验(High / Low Temperature Storage Test)

此试验的目的在于验证包材料的耐温老化状态，在持续高温或者低温的状态下，使封装材料加速老化。而低温试验，在极低的温度下，利用膨胀收缩造成机械变型。对组件结构上造成脆化而引发的裂痕。高低温储存试验由于非针对封装结构，而是针对封装体材料的老化，因此实验可以不经过前处理程序。

5).耐热性试验(Thermal Resistance Test)

由于多数电子产品需要经过热的环境进行组装、拆解、维修等的程序，因此必须承受各种耐热的模拟，以确保过程不受热冲击损伤，常用的方式包括回焊(Reflow)、烙铁(Solder Iron)、热风枪(Hot Air Gun)、浸锡(Solder Dipping)等方式。

▌ 封装品质试验

1).焊锡性试验(Solderability Test)

焊锡性试验的目的在确保零件脚的电镀质量或锡球是否有污染问题。标准实验方式采取锡槽法(Solder Pot)，必须达到95%以上的覆盖率。针对BGA锡球沾锡试验，目前虽无法规标准，但业界普遍采取SMT制程模拟，更贴近实际使用状态。

2).沾锡天平试验(Wetting Balance Test)

沾锡天平的实验目的在于焊锡性争议分析，透过灵敏的沾锡天平，可以确定零件脚与锡的接触反应速度，可以预知零件脚的潜在风险，补强焊锡性试验的盲点，也试过期物料验证的有效益方式。

3).推拉力试验(Pull / Shear Test)

推拉力试验主要针对封装打线制程的质量，透过此试验，并收集推拉力值进行SPC计算，确定其变异量，进行持续优化。此外，针对BGA锡球，可进行锡球推力，并参考AEC的锡球推力值，判定是否合格，以确保焊点结合强度符合标准。

4).无铅制程试验(Pb-Free Test)

无铅制程试验是一个广义的定义，电子产品导入无铅制程大约十五年，也已经相当成熟。近几年由于车用市场开始采用无铅制程，也重新开启锡须(Tin Whisker)试验需求，因此无铅制程在车用产品领域，成为标准试验项目。

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