電子封裝要做的一些測(cè)試項(xiàng)目？

　　1、概述

　　在芯片完成整個(gè)封裝流程之后，封裝廠會(huì)對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量和可靠性兩方面的檢測(cè)。

　　質(zhì)量檢測(cè)主要檢測(cè)封裝后芯片的可用性，封裝后的質(zhì)量和性能情況，而可靠性則是對(duì)封裝的可靠性相關(guān)參數(shù)的測(cè)試。

　　首先，我們必須理解什么叫做"可靠性"，產(chǎn)品的可靠性即產(chǎn)品可靠度的性能，具體表現(xiàn)在產(chǎn)品使用時(shí)是否容易出故障，產(chǎn)品使用壽命是否合理等。如果說(shuō)"品質(zhì)"是檢測(cè)產(chǎn)品"現(xiàn)在"的質(zhì)量的話，那么"可靠性"就是檢測(cè)產(chǎn)品"未來(lái)"的質(zhì)量。

　　圖(1)所示的統(tǒng)計(jì)學(xué)上的浴盆曲線(Bathtub Curve)很清晰地描述了生產(chǎn)廠商對(duì)產(chǎn)品可靠性的控制，也同步描述了客戶對(duì)可靠性的需求。

　　

 

　　上圖所示的早夭區(qū)是指短時(shí)間內(nèi)就會(huì)被損壞的產(chǎn)品，也是生產(chǎn)廠商需要淘汰的，客戶所不能接受的產(chǎn)品;正常使用壽命區(qū)代表客戶可以接受的產(chǎn)品;耐用區(qū)指性能特別好，特別耐用的產(chǎn)品。由圖上的浴缸曲線可見(jiàn)，在早天區(qū)和耐用區(qū)，產(chǎn)品的不良率一般比較高。在正常使用區(qū)，才有比較穩(wěn)定的良率。大部分產(chǎn)品都是在正常使用區(qū)的。可靠性測(cè)試就是為了分辨產(chǎn)品是否屬于正常使用區(qū)的測(cè)試，解決皁期開發(fā)中產(chǎn)品不穩(wěn)定，良率低等問(wèn)題，提高技術(shù)，使封裝生產(chǎn)線達(dá)到高良率，穩(wěn)定運(yùn)行的自的。

　　在封裝業(yè)的發(fā)展史上，早期的封裝廠商并不把可靠性測(cè)試放在*位，人們*重視的是產(chǎn)能，只要一定生產(chǎn)能力就能贏利。到了90年代，隨著封裝技術(shù)的發(fā)展，封裝廠家也逐漸增多，產(chǎn)品質(zhì)量就擺到了重要位置，誰(shuí)家產(chǎn)品的質(zhì)量好，就占*優(yōu)勢(shì)，于是質(zhì)量問(wèn)題是主要的竟?fàn)廃c(diǎn)和研究方向。進(jìn)入21世紀(jì)，當(dāng)質(zhì)量問(wèn)題基本解決以后，廣廠商之間的競(jìng)爭(zhēng)重點(diǎn)放在了可靠性上，同等質(zhì)量，消費(fèi)者自然喜歡高可靠性的產(chǎn)品，于是可靠性越發(fā)顯示其重要性，高可靠性是現(xiàn)代封裝技術(shù)的研發(fā)的重要指標(biāo)。

　　2、可靠性測(cè)試項(xiàng)目

　　一般封裝廠的可靠性測(cè)試項(xiàng)目有6項(xiàng)，如表1所示

　　

 

　　各個(gè)測(cè)試項(xiàng)都有一定的目的，針對(duì)性和具體方法，但就測(cè)試項(xiàng)目而言，基本上都與溫度，濕度，壓強(qiáng)等環(huán)境參數(shù)有關(guān)，偶爾還會(huì)加上偏壓等以制造惡劣破壞環(huán)境來(lái)達(dá)到測(cè)試產(chǎn)品可靠性的自的。

　　各個(gè)測(cè)試項(xiàng)目大都采用采樣的方法，即隨機(jī)抽查一定數(shù)量產(chǎn)品的可靠性測(cè)試結(jié)果來(lái)斷定生產(chǎn)線是否通過(guò)可靠性測(cè)試。各個(gè)封裝廠的可靠性判定標(biāo)準(zhǔn)也各不相同，實(shí)力雄厚的企業(yè)一般會(huì)用較高水準(zhǔn)的可靠性標(biāo)準(zhǔn)。

　　6種測(cè)試項(xiàng)目是有先后順序的，如圖(2)所示。Preconditioning Test是首先要進(jìn)行的測(cè)試項(xiàng)目,之后進(jìn)行其他5項(xiàng)的測(cè)試。之所以有這種先后順序,是由PRECON TEST的目的決定的，在以下的章節(jié)中，我們分別講述各種測(cè)試的具體內(nèi)容，目的。鑒于PRECON TEST特殊性，將放在最后介紹。

　　

 

　　3、T/C測(cè)試(溫度循環(huán)測(cè)試)

　　T/C (Temperature Cycling)測(cè)試，即溫度循環(huán)測(cè)試。

　　溫度循環(huán)試驗(yàn)箱如圖3所示，由一個(gè)熱氣腔，一個(gè)冷氣腔組成，腔內(nèi)分別填充著熱冷空氣(熱冷空氣的溫度各個(gè)封裝廠有自己的標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)溫差越大，通過(guò)測(cè)試的產(chǎn)品的某特性可靠性越高)。兩腔之間有個(gè)閥門，是待測(cè)品往返兩腔的通道。

　　

 

　　在封裝芯片做T/C測(cè)試的時(shí)候，有4個(gè)參數(shù)，分別為熱腔溫度，冷腔溫度，循環(huán)次數(shù)，芯片單次單腔停留時(shí)間。

　　

 

　　如表2所示的參數(shù)就代表T/C測(cè)試時(shí)把封裝后的芯片放在150℃的溫度循環(huán)試驗(yàn)箱15分鐘，再通過(guò)閥門放入-65℃的低溫箱15分鐘，再放入高溫箱，如此反復(fù)1000次。之后測(cè)試電路性能以檢測(cè)是否通過(guò)T/C可靠性測(cè)試。

　　從T/C的測(cè)試方法已經(jīng)可以看出，T/C測(cè)試得主要目的是測(cè)試半導(dǎo)體封裝體熱脹冷縮的耐久性。

　　在封裝體中，有許多種材料，材料之間都有相應(yīng)的結(jié)合面，在封裝體所處環(huán)境的溫度有所變化時(shí)，封裝體內(nèi)各種材料就會(huì)有熱脹冷縮效應(yīng)，而且材料熱膨脹系數(shù)不同，其熱脹冷縮的程度就有所不同，這樣原來(lái)緊密結(jié)合的材料結(jié)合面就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。圖示4是以Lead frame封裝為例，熱脹冷縮是的具體情況：其中主要的材料包括lead frame的Cu材料，芯片的硅材料，連接用的金線材料，還有芯片粘接的膠體材料。其中EMC與硅芯片，Lead frame有大面積基礎(chǔ)，比較容易脫層，硅芯片與粘合的硅膠，硅膠和leadframe之間也會(huì)在T/C測(cè)試中失效。

　　

 

　　再由圖5來(lái)看一下T/C測(cè)試中的幾個(gè)失效模型。

　　

 

　　4、T/S測(cè)試(冷熱沖擊測(cè)試)

　　T/S test (Thermal Shock test)即測(cè)試封裝體抗熱沖擊的能力。

　　T/S測(cè)試和T/C測(cè)試有點(diǎn)類似，不同的是T/S測(cè)試環(huán)境是在高溫液體中轉(zhuǎn)換，液體的導(dǎo)熱比空氣快，于是有較強(qiáng)的熱沖擊力。

　　

 

　　例如表3所示的參數(shù)，就代表在2個(gè)隔離的區(qū)域分別放入150℃的液體和-65℃的液體，然后把封裝產(chǎn)品放入一個(gè)區(qū)，5分鐘后再裝入另一個(gè)區(qū)，由于溫差大，傳熱環(huán)境好，封裝體就受到很強(qiáng)的熱沖擊，如此往復(fù)1000次，來(lái)測(cè)試產(chǎn)品的抗熱沖擊性，最終也是通過(guò)測(cè)試電路的通斷情況斷定產(chǎn)品是否TS可靠性測(cè)試。

　　

 

　　5、HTS測(cè)試

　　HTS (High temperature Storage)測(cè)試，是測(cè)試封裝體長(zhǎng)時(shí)間暴露在高溫環(huán)境下的耐久性實(shí)驗(yàn)。

　　HTS測(cè)試是把封裝產(chǎn)品長(zhǎng)時(shí)間放置在高溫氮?dú)饪鞠?/a>中，然后測(cè)試它的電路通斷情況。

　　

 

　　

 

　　如表4參數(shù)表示封裝放置在150℃高溫氮?dú)饪鞠渲?000小時(shí)(圖7中)。

　　HTS測(cè)試的重點(diǎn)是因?yàn)樵诟邷貤l件下，半導(dǎo)體構(gòu)成物質(zhì)的活化性增強(qiáng)，會(huì)有物質(zhì)間的擴(kuò)散作用，而導(dǎo)致電氣的不良發(fā)生，另外因?yàn)楦邷?，機(jī)械性較弱的物質(zhì)也容易損壞。

　　例如圖8所示的kirkendall孔洞產(chǎn)生就是因?yàn)槲镔|(zhì)可擴(kuò)散作用造成的。

　　

 

　　在金線和芯片的結(jié)合面上，它的材料結(jié)構(gòu)依次為:鋁，鋁金合金，金，在高溫的狀態(tài)下，金和鋁金屬都變得很活躍，相互會(huì)擴(kuò)散，但是由于鋁的擴(kuò)散速度比金要快，所以在鋁的界面物質(zhì)就變少，就形成了孔洞。這樣就造成電路性能不好，甚至導(dǎo)致斷路。

　　那么如何解決HTS可靠性測(cè)試不良的問(wèn)題呢?

　　首先在特定情況下，我們可以選擇使用同種物質(zhì)結(jié)合電路，比如軍事上，金線用鋁線代替，這樣就不會(huì)因?yàn)榻饘匍g的擴(kuò)散而產(chǎn)生不良了。

　　我們也可以用摻雜物質(zhì)作中介層來(lái)抑制物質(zhì)間的相互擴(kuò)散。當(dāng)然還有一種方法就是避免把封裝體長(zhǎng)時(shí)間在高溫下放置，沒(méi)有長(zhǎng)時(shí)間的高溫環(huán)境，自然不會(huì)有擴(kuò)散導(dǎo)致失效的結(jié)果了。

　　6、TH測(cè)試

　　TH (Temperature & Humidity)測(cè)試，是測(cè)試封裝在高溫潮濕環(huán)境下的耐久性的實(shí)驗(yàn)

　　

 

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)也是靠測(cè)定封裝體電路的通斷特性來(lái)斷定產(chǎn)品是否有優(yōu)良的耐高溫濕性。

　　在TH測(cè)試中，由于EMC材料有一定的吸濕性，而內(nèi)部電路在潮濕的環(huán)境下，很容易導(dǎo)致漏電，短路等效應(yīng)。

　　為了有更好的防濕性,我們會(huì)選擇使用陶瓷封裝來(lái)代替塑料封裝，因?yàn)樗芰戏庋b的EMC材料比較容易吸水。當(dāng)然也可控制EMC的材料成分，以達(dá)到改善其吸濕性的目的。

　　如圖9所示，TH測(cè)試是在一個(gè)能保持恒定溫度和適度的恒溫恒濕試驗(yàn)箱中進(jìn)行的，一般測(cè)試參數(shù)如表5

　　

 

　　7、PCT測(cè)試

　　PCT (Pressure Cooker Test)，是對(duì)封裝體抵抗抗潮濕環(huán)境能力的測(cè)試。PCT測(cè)試與TH測(cè)試類似，只是增加了壓強(qiáng)環(huán)境以縮短測(cè)試時(shí)間,通常做PCT測(cè)試的工具我們叫"高壓鍋、高壓加速老化試驗(yàn)箱"。

　　

 

　　PCT測(cè)試的參數(shù)如表6所示:

　　

 

　　在PCT測(cè)試最后，也同樣是測(cè)試產(chǎn)品的電路通斷性能。在Leadframe封裝中，Leadframe材料和EMC材料結(jié)合處很容易水分滲入，這樣就容易腐蝕內(nèi)部的電路，腐蝕鋁而破壞產(chǎn)品功能。這種情況，一般建議用UV光來(lái)照射產(chǎn)品檢測(cè)Leadframe材料和EMC材料結(jié)合情況。

　　PCT針對(duì)性的解決方法就是提高Leadframe和EMC之間的結(jié)合力度，我們可以調(diào)節(jié)EMC材料成分，也可以針對(duì)性地處理Leadframe的表面。

　　8、Precon測(cè)試

　　Precon測(cè)試，即Pre-conditioning測(cè)試。從集成電路芯片封裝完成以后到實(shí)際再組裝，這個(gè)產(chǎn)品還有很長(zhǎng)一段過(guò)程，這個(gè)過(guò)程包括包裝、運(yùn)輸?shù)?，這些都會(huì)損壞產(chǎn)品，所以我們就需要先模擬這個(gè)過(guò)程，測(cè)試產(chǎn)品的可靠性。這就是Precon測(cè)試。其實(shí)在Precon測(cè)試中，包括了前面的T/IC,TH等多項(xiàng)測(cè)試的組合。

　　Precon測(cè)試模擬的過(guò)程如下圖所示:

　　

 

　　產(chǎn)品完成封裝后需要包裝好，運(yùn)輸?shù)浇M裝廠，然后拆開包裝把封裝后芯片組裝在下一級(jí)板子上，并且組裝還要經(jīng)過(guò)焊錫的過(guò)程，整個(gè)過(guò)程既有類似TC的經(jīng)過(guò),也有類似TH的過(guò)程，焊錫過(guò)程也需要模擬測(cè)試。

　　整個(gè)Precon測(cè)試有一定的測(cè)試流程，測(cè)試前檢查電氣性能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)(用超聲波檢測(cè)),確定沒(méi)有問(wèn)題，開始各項(xiàng)惡劣環(huán)境的考驗(yàn)，先是T/C測(cè)試模擬運(yùn)輸過(guò)程中的溫度變化，再模擬水分子干燥過(guò)程(一般的包裝都是真空包裝，類似于水分干燥)，然后恒溫,定時(shí)放置一段時(shí)間(隨著參數(shù)的不同，分為6個(gè)等級(jí)，用于模擬開封后吸濕的過(guò)程)，最后模擬焊錫過(guò)程后再檢查電氣特性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

　　模擬吸濕過(guò)程的6個(gè)等級(jí)如表7所示，1的等級(jí)*，依次下降，看需要選擇等級(jí)。

　　

 

　　在Precon測(cè)試中，會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題有:爆米花效應(yīng)，脫層，電路失效等問(wèn)題。這些問(wèn)題都是因?yàn)榉庋b體會(huì)在吸濕后再遭遇高溫而造成的，高溫時(shí)，封裝體內(nèi)的水分變?yōu)闅怏w從而體積急劇膨脹，造成對(duì)封裝體的破壞。我們應(yīng)該減弱EMC的吸濕性解決爆米花效應(yīng)，減少封裝的熱膨脹系數(shù)，增強(qiáng)附著能力來(lái)改善脫層問(wèn)題,防止電路失效發(fā)生。

　　只有在順利通過(guò)了Precon測(cè)試以后，才能保證產(chǎn)品能順利送到最終用戶端,這就是Precon被放在*個(gè)測(cè)試位置的原因所在。

　　終上所述,一個(gè)好的封裝要有好的可靠性能，必須有較強(qiáng)的耐濕，耐熱，耐高溫的能力，6個(gè)可靠性測(cè)試都逃不脫溫度，濕度這些內(nèi)容。我們通過(guò)可靠性測(cè)試能夠評(píng)估產(chǎn)品的可靠度，有利于回饋來(lái)改善封裝設(shè)計(jì)工藝，從而提高產(chǎn)品的可靠度。

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