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高壓加速老化試驗(yàn)機(jī)的測(cè)試目的與應(yīng)用

2011年04月26日 09:03:15人氣:1698來(lái)源:東莞市品達(dá)試驗(yàn)設(shè)備有限公司

 

說(shuō)明:MAXCNA品達(dá)環(huán)試PCT試驗(yàn)一般稱(chēng)為壓力鍋蒸煮試驗(yàn)或是飽和蒸汽試驗(yàn),zui主要是將待測(cè)品置于嚴(yán)苛之溫度、飽和濕度(*R.H.)[飽和水蒸氣]及壓力環(huán)境下測(cè)試,測(cè)試代測(cè)品耐高濕能力,針對(duì)印刷線(xiàn)路板(PCB&FPC),用來(lái)進(jìn)行材料吸濕率試驗(yàn)、高壓蒸煮試驗(yàn)..等試驗(yàn)?zāi)康?,如果待測(cè)品是半導(dǎo)體的話(huà),則用來(lái)測(cè)試半導(dǎo)體封裝之抗?jié)駳饽芰Γ郎y(cè)品被放置嚴(yán)苛的溫濕度以及壓力環(huán)境下測(cè)試,如果半導(dǎo)體封裝的不好,濕氣會(huì)沿者膠體或膠體與導(dǎo)線(xiàn)架之接口滲入封裝體之中,常見(jiàn)的故裝原因:爆米花效應(yīng)、動(dòng)金屬化區(qū)域腐蝕造成之?dāng)嗦?、封裝體引腳間因污染造成之短路..等相關(guān)問(wèn)題。
壓力蒸煮鍋試驗(yàn)(PCT)結(jié)構(gòu):試驗(yàn)箱由一個(gè)壓力容器組成,壓力容器包括一個(gè)能産生*(潤(rùn)濕)環(huán)境的水加熱器,待測(cè)品經(jīng)過(guò)MAXCNA品源環(huán)試PCT試驗(yàn)所出現(xiàn)的不同失效可能是大量水氣凝結(jié)滲透所造成的。

澡盆曲線(xiàn):澡盆曲線(xiàn)(Bathtub curve、失效時(shí)期,又用稱(chēng)為浴缸曲線(xiàn)、微笑曲線(xiàn),主要是顯示產(chǎn)品的于不同時(shí)期的失效率,主要包含早夭期早期失效期、正常期隨機(jī)失效期、損耗期退化失效期,以環(huán)境試驗(yàn)的可靠度試驗(yàn)箱來(lái)說(shuō)得話(huà),可以分爲(wèi)篩選試驗(yàn)、加速壽命試驗(yàn)耐久性試驗(yàn)及失效率試驗(yàn)等。進(jìn)行可靠性試驗(yàn)時(shí)"試驗(yàn)設(shè)計(jì)"、"試驗(yàn)執(zhí)行""試驗(yàn)分析"應(yīng)作爲(wèi)一個(gè)整體來(lái)綜合考慮。
常見(jiàn)失效時(shí)期:
早期失效期早夭期,Infant Mortality Region):不夠完善的生産、存在缺陷的材料、不合適的環(huán)境、不夠完善的設(shè)計(jì)。
隨機(jī)失效期正常期,Useful Life Region):外部震蕩、誤用、環(huán)境條件的變化波動(dòng)、不良抗壓性能。
退化失效期損耗期,Wearout Region):氧化、疲勞老化、性能退化、腐蝕。
環(huán)境應(yīng)力與失效關(guān)系圖說(shuō)明:
依據(jù)美國(guó)Hughes航空公司的統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示,環(huán)境應(yīng)力造成電子產(chǎn)品故障的比例來(lái)說(shuō),高度占2%、鹽霧占4%、沙塵占6%、振動(dòng)占28%、而溫濕度去占了高達(dá)60%,所以電子產(chǎn)品對(duì)于溫濕度的影響特別顯著,但由于傳統(tǒng)高溫高濕試驗(yàn)如:40/90%R.H.85/85%R.H.、60/95%R.H.)所需的時(shí)間較長(zhǎng),為了加速材料的吸濕速率以及縮短試驗(yàn)時(shí)間,可使用加速試驗(yàn)設(shè)備(HAST[高度加速壽命試驗(yàn)機(jī)]、PCT[壓力鍋])來(lái)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn),也就所謂的退化失效期、損耗期試驗(yàn)。
θ 10法則:討論産品壽命時(shí),一般采用[θ10法則]的表達(dá)方式,簡(jiǎn)單的說(shuō)明可以表達(dá)爲(wèi)[10規(guī)則],當(dāng)周?chē)h(huán)境溫度上升10時(shí),産品壽命就會(huì)減少一半;當(dāng)周?chē)h(huán)境溫度上升20時(shí),産品壽命就會(huì)減少到四分之一。
這種規(guī)則可以說(shuō)明溫度是如何影響産品壽命失效的,相反的產(chǎn)品的可靠度試驗(yàn)時(shí),也可以利用升高環(huán)境溫度來(lái)加速失效現(xiàn)象發(fā)生,進(jìn)行各種加速壽命老化試驗(yàn)。
濕氣所引起的故障原因:水汽滲入、聚合物材料解聚、聚合物結(jié)合能力下降、腐蝕、空洞、線(xiàn)焊點(diǎn)脫開(kāi)、引線(xiàn)間漏電、芯片與芯片粘片層脫開(kāi)、焊盤(pán)腐蝕、金屬化或引線(xiàn)間短路。

水汽對(duì)電子封裝可靠性的影響:腐蝕失效、分層和開(kāi)裂、改變塑封材料的性質(zhì)。

PCT
對(duì)PCB的故障模式:起泡(Blister)、斷裂(Crack)、止焊漆剝離(SR de-lamination)。
半導(dǎo)體的PCT測(cè)試:MAXCNA品源環(huán)試PCTzui主要是測(cè)試半導(dǎo)體封裝之抗?jié)駳饽芰Γ郎y(cè)品被放置嚴(yán)苛的溫濕度以及壓力環(huán)境下測(cè)試,如果半導(dǎo)體封裝的不好,濕氣會(huì)沿者膠體或膠體與導(dǎo)線(xiàn)架之接口滲入封裝體之中,常見(jiàn)的故裝原因:爆米花效應(yīng)、動(dòng)金屬化區(qū)域腐蝕造成之?dāng)嗦?、封裝體引腳間因污染造成之短路..等相關(guān)問(wèn)題。

PCT對(duì)IC半導(dǎo)體的可靠度評(píng)估項(xiàng)目DA Epoxy、導(dǎo)線(xiàn)架材料、封膠樹(shù)脂
腐蝕失效與IC腐蝕失效水汽、偏壓、雜質(zhì)離子會(huì)造成IC的鋁線(xiàn)發(fā)生電化學(xué)腐蝕,而導(dǎo)致鋁線(xiàn)開(kāi)路以及遷移生長(zhǎng)。
塑封半導(dǎo)體因濕氣腐蝕而引起的失效現(xiàn)象:
由于鋁和鋁合金價(jià)格便宜,加工工藝簡(jiǎn)單,因此通常被使用爲(wèi)集成電路的金屬線(xiàn)。從進(jìn)行集成電路塑封制程開(kāi)始,水氣便會(huì)通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂滲入引起鋁金屬導(dǎo)線(xiàn)産生腐蝕進(jìn)而産生開(kāi)路現(xiàn)象,成爲(wèi)質(zhì)量管理zui爲(wèi)頭痛的問(wèn)題。雖然通過(guò)各種改善包括采用不同環(huán)氧樹(shù)脂材料、改進(jìn)塑封技術(shù)和提高非活性塑封膜爲(wèi)提高産質(zhì)量量進(jìn)行了各種努力,但是隨著日新月異的半導(dǎo)體電子器件小型化發(fā)展,塑封鋁金屬導(dǎo)線(xiàn)腐蝕問(wèn)題至今仍然是電子行業(yè)非常重要的技術(shù)課題。
鋁線(xiàn)中産生腐蝕過(guò)程:
水氣滲透入塑封殼內(nèi)濕氣滲透到樹(shù)脂和導(dǎo)線(xiàn)間隙之中
水氣滲透到芯片表面引起鋁化學(xué)反應(yīng)
加速鋁腐蝕的因素:
樹(shù)脂材料與芯片框架接口之間連接不夠好由于各種材料之間存在膨脹率的差異
封裝時(shí),封裝材料摻有雜質(zhì)或者雜質(zhì)離子的污染由于雜質(zhì)離子的出現(xiàn)
非活性塑封膜中所使用的高濃度磷
非活性塑封膜中存在的缺陷
爆米花效應(yīng)(Popcorn Effect)
說(shuō)明:原指以塑料外體所封裝的IC,因其芯片安裝所用的銀膏會(huì)吸水,一旦末加防范而徑行封牢塑體后,在下游組裝焊接遭遇高溫時(shí),其水分將因汽化壓力而造成封體的爆裂,同時(shí)還會(huì)發(fā)出有如爆米花般的聲響,故而得名,當(dāng)吸收水汽含量高于0.17%時(shí),[爆米花]現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生。近來(lái)十分盛行P-BGA的封裝組件,不但其中銀膠會(huì)吸水,且連載板之基材也會(huì)吸水,管理不良時(shí)也常出現(xiàn)爆米花現(xiàn)象。
水汽進(jìn)入IC封裝的途徑:
1.IC芯片和引線(xiàn)框架及SMT時(shí)用的銀漿所吸收的水
2.
塑封料中吸收的水分
3.
塑封工作間濕度較高時(shí)對(duì)器件可能造成影響;
4.
包封后的器件,水汽透過(guò)塑封料以及通過(guò)塑封料和引線(xiàn)框架之間隙滲透進(jìn)去,因?yàn)樗芰吓c引線(xiàn)框架之間只有機(jī)械性的結(jié)合,所以在引線(xiàn)框架與塑料之間難免出現(xiàn)小的空隙。
備注:只要封膠之間空隙大于3.4*10^-10m以上,水分子就可穿越封膠的防護(hù)
備注:氣密封裝對(duì)于水汽不敏感,一般不采用加速溫濕度試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)其可靠性,而是測(cè)定其氣密性、內(nèi)部水汽含量等。
針對(duì)JESD22-A102PCT試驗(yàn)說(shuō)明:
用來(lái)評(píng)價(jià)非氣密封裝器件在水汽凝結(jié)或飽和水汽環(huán)境下抵御水汽的完整性。
樣品在高壓下處于凝結(jié)的、高濕度環(huán)境中,以使水汽進(jìn)入封裝體內(nèi),暴露出封裝中的弱點(diǎn),如分層和金屬化層的腐蝕。該試驗(yàn)用來(lái)評(píng)價(jià)新的封裝結(jié)構(gòu)或封裝體中材料、設(shè)計(jì)的更新。
應(yīng)該注意,在該試驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)一些與實(shí)際應(yīng)用情況不符的內(nèi)部或外部失效機(jī)制。由于吸收的水汽會(huì)降低大多數(shù)聚合物材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,當(dāng)溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)非真實(shí)的失效模式。
外引腳錫短路:封裝體外引腳因濕氣引起之電離效應(yīng),會(huì)造成離子遷移不正常生長(zhǎng),而導(dǎo)致引腳之間發(fā)生短路現(xiàn)象。
濕氣造成封裝體內(nèi)部腐蝕:濕氣經(jīng)過(guò)封裝過(guò)程所造成的裂傷,將外部的離子污染帶到芯片表面,在經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)表面的缺陷如:護(hù)層針孔、裂傷、被覆不良處..等,進(jìn)入半導(dǎo)體原件里面,造成腐蝕以及漏電流..等問(wèn)題,如果有施加偏壓的話(huà)故障更容易發(fā)生。
PCT試驗(yàn)條件整理PCB、PCTIC半導(dǎo)體以及相關(guān)材料有關(guān)于PCT[蒸汽鍋測(cè)試]的相關(guān)測(cè)試條件
JEDEC JESD22-A102-B飽和濕度試驗(yàn)
說(shuō)明:MAXCNA品達(dá)環(huán)試PCT試驗(yàn)機(jī)執(zhí)行JEDEC JESD22-A102-B飽和濕度(121/*R.H.)的實(shí)際試驗(yàn)紀(jì)錄曲線(xiàn),MAXCNA品達(dá)環(huán)試的PCT試驗(yàn)機(jī)是目前業(yè)界*機(jī)臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)建數(shù)字電子紀(jì)錄器的設(shè)備,可完整紀(jì)錄整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程的溫度、濕度、壓力,尤其是壓力的部分是真正讀取壓力傳感器的讀值來(lái)顯示,而不是透過(guò)溫濕度的飽和蒸汽壓表計(jì)算出來(lái)的,能夠真正掌握實(shí)際的試驗(yàn)過(guò)程。
PCBPCT試驗(yàn)案例:
說(shuō)明:PCB板材經(jīng)PCT試驗(yàn)(121/*R.H./168h)之后,因PCB的絕緣綠漆質(zhì)量不良而發(fā)生濕氣滲透到銅箔線(xiàn)路表面,而讓銅箔線(xiàn)路產(chǎn)生發(fā)黑現(xiàn)象。
 
 
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