科普丨芯片可靠性分析——PCT高壓加速老化測試

科普丨芯片可靠性分析——PCT高壓加速老化測試

一般塑封器件的失效可分為(wei) 早期失效和使用期失效,前者多是由設計或工藝失誤造成的質量缺陷所致,可通過常規電性能檢測和篩選來判別。後者則是由器件的潛在缺陷引起的,潛在缺陷的行為(wei) 與(yu) 時間和應力有關(guan) ,經驗表明,受潮、腐蝕、機械應力、電過應力和靜電放電等產(chan) 生的失效占主導地位。

PCT高壓加速老化測試最主要是測試半導體(ti) 封裝之抗濕氣能力,待測品被放置嚴(yan) 苛的溫濕度以及壓力環境下測試,如果半導體(ti) 封裝的不好,濕氣會(hui) 沿著膠體(ti) 或膠體(ti) 與(yu) 導線架之接口滲入封裝體(ti) 之中，其常見的故障原因有爆米花效應、主動金屬化區域腐蝕造成之斷路封裝體(ti) 引腳間因汙染造成之短路等相關(guan) 問題。

PCT高壓加速老化測試也稱為(wei) 壓力鍋蒸煮試驗或是飽和蒸汽試驗,最主要是將待測品置於(yu) 嚴(yan) 苛之溫度、飽和濕度(100%.H.飽和水蒸氣及壓力環境下測試,測試待測品耐高濕能力,針對印刷線路板(PCB&FPC),用來進行材料吸濕率試驗、高壓蒸煮試驗等試驗目的,如果待測品是半導體(ti) 的話,

則用來測試半導體(ti) 封裝之抗濕氣能力,待測品被放置嚴(yan) 苛的溫濕度以及壓力環境下測試,如果半導體(ti) 封裝的不好,濕氣會(hui) 沿者膠體(ti) 或膠體(ti) 與(yu) 導線架之接口滲入封裝體(ti) 之中,常見的故裝原因:爆米花效應、動金屬化區域腐蝕造成之斷路、封裝體(ti) 引腳間因汙染造成之短路等相關(guan) 問題。

高壓加速老化試驗箱（HAST）

IEC60068-2-66、JESD22-A102-B、EIAJED4701、EIA/JESD22

一、腐蝕失效與(yu) IC

腐蝕失效(水汽、偏壓、雜質離子)會(hui) 造成IC的鋁線發生電化學腐蝕,而導致鋁線開路以及遷移生長。

二、塑封半導體(ti) 因濕氣腐蝕而引起的失效現象

由於(yu) 鋁和鋁合金價(jia) 格便宜,加工工藝簡單,因此通常被使用為(wei) 集成電路的金屬線。從(cong) 進行集成電路塑封製程開始,水氣便會(hui) 通過環氧樹脂滲入引起鋁金屬導線產(chan) 生腐蝕進而產(chan) 生開路現象,成為(wei) 質量管理最為(wei) 頭痛的問題。雖然通過各種改善包括采用不同環氧樹脂材料、改進塑封技術和提高非活性塑封膜為(wei) 提高質量進行了各種努力,但是隨著日新月異的半導體(ti) 電子器件小型化發展,塑封鋁金屬導線腐蝕問題至今仍然是電子行業(ye) 非常重要的技術課題。

三、θ10℃法則

討論産品壽命時,一般采用[θ10℃法則]的表達方式,簡單的說明可以表達為(wei) [10℃規則],當周圍環境溫度上升10℃時產(chan) 品壽命就會(hui) 減少一半;當周圍環境溫度上升20℃時,產(chan) 品壽命就會(hui) 減少到四分之一。這種規則可以說明溫度是如何影響產(chan) 品壽命(失效)的,相反的產(chan) 品的可靠度試驗時,也可以利用升高環境溫度來加速失效現象發生,進行各種加速壽命老化試驗。

四、濕氣所引起的故障原因

水汽滲入、聚合物材料解聚、聚合物結合能力下降、腐蝕、空洞、線焊點脫開、引線間漏電、芯片與(yu) 芯片粘片層脫開、焊盤腐蝕、金屬化或引線間短路水汽對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。

五、鋁線中產(chan) 生腐蝕過程

①水氣滲透入塑封殼內(nei) →濕氣滲透到樹脂和導線間隙之中

②水氣滲透到芯片表麵引起鋁化學反應

加速鋁腐蝕的因素:

①樹脂材料與(yu) 芯片框架接口之間連接不夠好(由於(yu) 各種材料之間存在膨脹率的差異)

②封裝時,封裝材料摻有雜質或者雜質離子的汙染(由於(yu) 雜質離子的出現)

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

六、爆米花效應(Popcorn Effect)

原指以塑料外體(ti) 所封裝的IC,因其芯片安裝所用的銀膏會(hui) 吸水,一旦末加防範而徑行封牢塑體(ti) 後,在下遊組裝焊接遭遇高溫時,其水分將因汽化壓力而造成封體(ti) 的爆裂,同時還會(hui) 發出有如爆米花般的聲響,故而得名,當吸收水汽含量高於(yu) 0.17%時,[爆米花]現象就會(hui) 發生。近來十分盛行P-BGA的封裝組件,不但其中銀膠會(hui) 吸水,且連載板之基材也會(hui) 吸水,管理不良時也常出現爆米花現象。

七、水汽進入IC封裝的途徑

①IC芯片和引線框架及SMT時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對器件可能造成影響;

④包封後的器件,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去,因為(wei) 塑料與(yu) 引線框架之間隻有機械性的結合,所以在引線框架與(yu) 塑料之間難免出現小的空隙。

備注:隻要封膠之間空隙大於(yu) 3.4*1^-10m以上,水分子就可穿越封膠的防護。氣密封裝對於(yu) 水汽不敏感,一般不采用加速溫濕度試驗來評價(jia) 其可靠性,而是測定其氣密性、內(nei) 部水汽含量等。

八、外引腳錫短路

封裝體(ti) 外引腳因濕氣引起之電離效應,會(hui) 造成離子遷移不正常生長,而導致引腳之間發生短路現象。

九、濕氣造成封裝體(ti) 內(nei) 部腐蝕

濕氣經過封裝過程所造成的裂傷(shang) ,將外部的離子汙染帶到芯片表麵,在經過經過表麵的缺陷如:護層針孔、裂傷(shang) 、被覆不良處等,進入半導體(ti) 原件裏麵,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生。

試驗設備：PCT高壓蒸煮老化試驗箱

滿足溫度範圍+105℃~+162.5℃,濕度範圍100%R.H

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