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PCT高壓加速老化試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)?zāi)康募皯?yīng)用

2011年09月01日 13:44:20人氣:3415來源:東莞市品達(dá)試驗(yàn)設(shè)備有限公司

說明:PINDAR品達(dá)環(huán)試PCT試驗(yàn)一般稱為壓力鍋蒸煮試驗(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(100%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)印刷線路板(PCB&FPC),用來進(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,則用來測(cè)試半導(dǎo)體封裝之抗?jié)駳饽芰?,待測(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)線架之接口滲入封裝體之中,常見的故裝原因: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)問題。



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:PINDAR品達(dá)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)線架之接口滲入封裝體之中,常見的故裝原因: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)問題。

PCT對(duì)IC半導(dǎo)體的可靠度評(píng)估項(xiàng)目DA Epoxy、導(dǎo)線架材料、封膠樹脂
腐蝕失效與IC:腐蝕失效(水汽、偏壓、雜質(zhì)離子)會(huì)造成IC的鋁線發(fā)生電化學(xué)腐蝕,而導(dǎo)致鋁線開路以及遷移生長。
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,加工工藝簡單,因此通常被使用爲(wèi)集成電路的金屬線。從進(jìn)行集成電路塑封制程開始,水氣便會(huì)通過環(huán)氧樹脂滲入引起鋁金屬導(dǎo)線産生腐蝕進(jìn)而産生開路現(xiàn)象,成爲(wèi)質(zhì)量管理zui爲(wèi)頭痛的問題。雖然通過各種改善包括采用不同環(huán)氧樹脂材料、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)線腐蝕問題至今仍然是電子行業(yè)非常重要的技術(shù)課題。
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100%(潤濕)環(huán)境的水加熱器,待測(cè)品經(jīng)過PINDAR品達(dá)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:澡盆曲線(Bathtub curve、失效時(shí)期),又用稱為浴缸曲線、微笑曲線,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)箱來說得話,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"及"試驗(yàn)分析"應(yīng)作爲(wèi)一個(gè)整體來綜合考慮。
常見失效時(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)系圖說明:
依據(jù)美國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)品故障的比例來說,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,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,簡單的說明可以表達(dá)爲(wèi)[10℃規(guī)則],當(dāng)周圍環(huán)境溫度上升10℃時(shí),産品壽命就會(huì)減少一半;當(dāng)周圍環(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、線焊點(diǎn)脫開、引線間漏電、芯片與芯片粘片層脫開、焊盤腐蝕、金屬化或引線間短路。

水汽對(duì)電子封裝可靠性的影響:腐蝕失效、分層和開裂、改變塑封材料的性質(zhì)。
鋁線中産生腐蝕過程:
① 水氣滲透入塑封殼內(nèi)→濕氣滲透到樹脂和導(dǎo)線間隙之中
② 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:
①樹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)
②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))
③非活性塑封膜中所使用的高濃度磷
④非活性塑封膜中存在的缺陷
爆米花效應(yīng)(Popcorn Effect):
說明: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,水汽透過塑封料以及通過塑封料和引線框架之間隙滲透進(jìn)去,因?yàn)樗芰吓c引線框架之間只有機(jī)械性的結(jié)合,所以在引線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-A102的PCT試驗(yàn)說明:
用來評(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,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)過封裝過程所造成的裂傷,將外部的離子污染帶到芯片表面,在經(jīng)過經(jīng)過表面的缺陷如: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..等問題,如果有施加偏壓的話故障更容易發(fā)生。
PCT試驗(yàn)條件整理PCB、PCT、IC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)

試驗(yàn)名稱
溫度
濕度
時(shí)間
檢查項(xiàng)目&補(bǔ)充說明
JEDEC-22-A102
121
100%R.H.
168h
其它試驗(yàn)時(shí)間:24h、48h、96h、168h、240h、336h
IPC-FC-241B-PCB銅張積層板的拉剝強(qiáng)度試驗(yàn)
121
100%R.H.
100 h
銅層強(qiáng)度要在 1000 N/m
IC-Auto Clave試驗(yàn)
121
100%R.H.
288h
 
低介電高耐熱多層板
121
100%R.H.
192h
 
PCB塞孔劑
121
100%R.H.
192h
 
PCB-PCT試驗(yàn)
121
100%R.H.
30min
檢查:分層、氣泡、白點(diǎn)
無鉛焊錫加速壽命1
100
100%R.H.
8h
相當(dāng)于高溫高濕下6個(gè)月,活化能=4.44eV
無鉛焊錫加速壽命2
100
100%R.H.
16h
相當(dāng)于高溫高濕下一年,活化能=4.44eV
IC無鉛試驗(yàn)
121
100%R.H.
1000h
500小時(shí)檢查一次
液晶面板密合性試驗(yàn)
121
100%R.H.
12h
 
金屬墊片
121
100%R.H.
24h
 
半導(dǎo)體封裝試驗(yàn)
121
100%R.H.
500、1000 h
 
PCB吸濕率試驗(yàn)
121
100%R.H.
5、8h
 
FPC吸濕率試驗(yàn)
121
100%R.H.
192h
 
PCB塞孔劑
121
100%R.H.
192h
 
低介電率高耐熱性的多層板材料
121
100%R.H.
5h
吸水率小于0.4~0.6%
高TG玻璃環(huán)氧多層印刷電路板材料
121
100%R.H.
5h
吸水率小于0.55~0.65%
高TG玻璃環(huán)氧多層印刷電路板-吸濕后再流焊耐熱性試驗(yàn)
121
100%R.H.
3h
PCT試驗(yàn)完畢之后進(jìn)行再流焊耐熱性試驗(yàn)(260℃/30秒)
微蝕型水平棕化(Co-Bra Bond)
121
100%R.H.
168h
 
車用PCB
121
100%R.H.
50、100h
 
主機(jī)板用PCB
121
100%R.H.
30min
 
GBA載板
121
100%R.H.
24h
 
半導(dǎo)體器件加速濕阻試驗(yàn)
121
100%R.H.
8h
 

JEDEC JESD22-A102-B飽和濕度試驗(yàn)
說明:PINDAR品達(dá)環(huán)試PCT試驗(yàn)機(jī)執(zhí)行JEDEC JESD22-A102-B飽和濕度(121℃/100%R.H.)的實(shí)際試驗(yàn)紀(jì)錄曲線,PINDAR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顯示,而不是透過溫濕度的飽和蒸汽壓表計(jì)算出來的,能夠真正掌握實(shí)際的試驗(yàn)過程。
PCB的PCT試驗(yàn)案例:
說明:PCB板材經(jīng)PCT試驗(yàn)(121℃/100%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路表面,而讓銅箔線路產(chǎn)生發(fā)黑現(xiàn)象。
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