科普丨芯片可靠性分析——PCT高壓加速老化測(cè)試

一般塑封器件的失效可分為早期失效和使用期失效,前者多是由設(shè)計(jì)或工藝失誤造成的質(zhì)量缺陷所致,可通過常規(guī)電性能檢測(cè)和篩選來判別。后者則是由器件的潛在缺陷引起的,潛在缺陷的行為與時(shí)間和應(yīng)力有關(guān),經(jīng)驗(yàn)表明,受潮、腐蝕、機(jī)械應(yīng)力、電過應(yīng)力和靜電放電等產(chǎn)生的失效占主導(dǎo)地位。

PCT高壓加速老化測(cè)試最主要是測(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)沿著膠體或膠體與導(dǎo)線架之接口滲入封裝體之中，其常見的故障原因有爆米花效應(yīng)、主動(dòng)金屬化區(qū)域腐蝕造成之?dāng)嗦贩庋b體引腳間因污染造成之短路等相關(guān)問題。

PCT高壓加速老化測(cè)試也稱為壓力鍋蒸煮試驗(yàn)或是飽和蒸汽試驗(yàn),最主要是將待測(cè)品置于嚴(yán)苛之溫度、飽和濕度(100%.H.飽和水蒸氣及壓力環(huán)境下測(cè)試,測(cè)試待測(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)嗦贰⒎庋b體引腳間因污染造成之短路等相關(guān)問題。

高壓加速老化試驗(yàn)箱（HAST）

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

一、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(zhǎng)。

二、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,因此通常被使用為集成電路的金屬線。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)線產(chǎn)生腐蝕進(jìn)而產(chǎn)生開路現(xiàn)象,成為質(zhì)量管理最為頭痛的問題。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為提高質(zhì)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。

三、θ10℃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)單的說明可以表達(dá)為[10℃規(guī)則],當(dāng)周圍環(huán)境溫度上升10℃時(shí)產(chǎn)品壽命就會(huì)減少一半;當(dāng)周圍環(huán)境溫度上升20℃時(shí),產(chǎn)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產(chǎn)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)。

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(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)。

五、鋁線中產(chǎn)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

六、爆米花效應(yīng)(Popcorn Effect)

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。

七、水汽進(jìn)入IC封裝的途徑

①IC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*1^-10m以上,水分子就可穿越封膠的防護(hù)。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。

八、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。

九、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。

試驗(yàn)設(shè)備：PCT高壓蒸煮老化試驗(yàn)箱

滿足溫度范圍+105℃~+162.5℃,濕度范圍100%R.H

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• 　　自公司成立以來,多次服務(wù)于國(guó)內(nèi)外大學(xué)和研究所等檢測(cè)機(jī)構(gòu),如清華大學(xué)、蘇州大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、法國(guó)申美檢測(cè)、中科院物理所、中科院，SGS等**單位提供實(shí)施室方案和設(shè)備及其相關(guān)服務(wù)。努力開發(fā)半導(dǎo)體、光電、光通訊、航天太空、生物科技、食品、化工、制藥等行業(yè)產(chǎn)品所需的測(cè)試設(shè)備裝置。公司擁有一支的研發(fā)、生產(chǎn)和售後隊(duì)伍，從產(chǎn)品的研發(fā)到售后服務(wù)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都以客戶的觀點(diǎn)與需求作為思考的出發(fā)點(diǎn)。

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• 　　【公司總部

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