一文讀懂芯片封裝的可靠性測(cè)試

上海簡(jiǎn)戶儀器設(shè)備有限公司是一家高科技合資企業(yè),專業(yè)生產(chǎn)銷售鹽霧箱、恒溫恒濕機(jī),、冷熱沖擊機(jī),、振動(dòng)試驗(yàn)機(jī)、機(jī)械沖擊機(jī)、跌落試驗(yàn)機(jī)的環(huán)境試驗(yàn)儀器的公司,，是一家具有研發(fā)生產(chǎn)銷售經(jīng)營(yíng)各類可靠性環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的公司,。經(jīng)驗(yàn)豐富，并得到許多國(guó)內(nèi)外廠商的信賴與支持?，F(xiàn)在我們成為許多品牌的供應(yīng)商,。

可靠性通常是指芯片封裝組件在特定使用環(huán)境下以及一定時(shí)間內(nèi)的損壞概率，換言之即表明組件的質(zhì)量狀況,，也是電子產(chǎn)品未被商業(yè)化量產(chǎn)前與實(shí)際上市使用期間,，產(chǎn)品性能和價(jià)值水平的總認(rèn)定。所以封裝廠必須對(duì)芯片封裝組件的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控,。如果說(shuō)功能測(cè)試是檢測(cè)產(chǎn)品目前的狀況,，那么可靠性測(cè)試就是預(yù)測(cè)產(chǎn)品在出廠后的使用質(zhì)量。

可靠性測(cè)試主要是產(chǎn)品在一些特定的狀態(tài)（特定使用環(huán)境與一定時(shí)間）,，對(duì)產(chǎn)品壽命影響的評(píng)估,，確認(rèn)產(chǎn)品的質(zhì)量是否穩(wěn)定，同時(shí)進(jìn)行最佳的修正,。通?？蛻魹榱艘钥臁⒌姆绞皆u(píng)估芯片的狀況,，會(huì)通過(guò)加速測(cè)試,，即采用比芯片正常工作狀況更嚴(yán)苛的條件來(lái)進(jìn)行測(cè)試，以此大幅縮短測(cè)試時(shí)間,，快速評(píng)估故障發(fā)生率,。

加速測(cè)試使用的前提是通過(guò)加速測(cè)試得到的故障機(jī)制必須和正常操作狀況得到的故障機(jī)制相同，的差別應(yīng)該只有時(shí)間的長(zhǎng)短差異,，如此執(zhí)行加速測(cè)試才有意義,，否則就失去加速測(cè)試的初衷。一般常用的可靠性測(cè)試項(xiàng)目所選用的加速測(cè)試條件都與電壓,、濕度和溫度等環(huán)境參數(shù)有關(guān),。

圖1 可靠性測(cè)試示意圖

芯片的可靠性在一定程度上可以說(shuō)是芯片的壽命體現(xiàn)，作為一個(gè)質(zhì)量控制和評(píng)估產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)的工具,，以及一個(gè)生產(chǎn)制造與材料供應(yīng)的穩(wěn)定度指標(biāo),，可靠性成為客戶在芯片上市量產(chǎn)前必須關(guān)注和研發(fā)改進(jìn)的重要指標(biāo)。在客戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有要求的前提下,，可靠性測(cè)試的具體執(zhí)行就有三大方向：驗(yàn)證什么,，如何驗(yàn)證，到哪里驗(yàn)證,。解決了這三個(gè)問(wèn)題,，質(zhì)量和可靠性就有了保證,，廠商才可以大量地將產(chǎn)品推向市場(chǎng),，也更容易獲得消費(fèi)者的青睞,。

目前芯片載板封裝的可靠性測(cè)試，大部分都是依照各個(gè)封裝廠客戶所要求的采購(gòu)規(guī)范來(lái)執(zhí)行,，同時(shí)也會(huì)參照其他廠家或某些的可靠性規(guī)范來(lái)進(jìn)行檢測(cè),。以下是進(jìn)行可靠性測(cè)試最常被采用的組織：

（1）國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）

（2）（Milstd）

（3）國(guó)際電子工業(yè)聯(lián)接協(xié)會(huì)（IPC）

（4）半導(dǎo)體工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織（JEDEC）

（5）日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（JIS）

通常芯片封裝組件的可靠性測(cè)試都是圍繞著溫度、濕度及電壓的影響因子,，針對(duì)產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能和機(jī)械強(qiáng)度的檢測(cè)來(lái)展開(kāi)的,。

圖2 芯片載板封裝常用可靠性測(cè)試示意圖

各封裝廠判斷可靠性測(cè)試項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)相同，以下就對(duì)目前市場(chǎng)上常用的芯片封裝組件用到的可靠性測(cè)試項(xiàng)目作簡(jiǎn)單的歸類及闡述,。

圖3 芯片封裝的可靠性測(cè)試條件及流程示意圖

通常封裝廠對(duì)封裝完成品要執(zhí)行的可靠性測(cè)試項(xiàng)目會(huì)有六項(xiàng),，這六項(xiàng)測(cè)試項(xiàng)目有些可以同時(shí)進(jìn)行，有些必須等待前面的項(xiàng)目完成后再執(zhí)行,。每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目依采樣方式,，隨機(jī)抽取一定數(shù)量產(chǎn)品的可靠性測(cè)試結(jié)果來(lái)判定是否通過(guò)測(cè)試。由封裝廠確定抽樣的規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn),，每一家工廠各不相同,，企業(yè)規(guī)模大的工廠的可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)通常會(huì)較嚴(yán)苛。

以下分別對(duì)各項(xiàng)測(cè)試的內(nèi)容與目的作說(shuō)明：

（1）溫度循環(huán)測(cè)試（Temperature Cycling Test, TCT）：是由熱氣腔和冷氣腔組成,，通過(guò)將封裝體暴露在高低溫氣體轉(zhuǎn)換的環(huán)境中,，測(cè)試封裝體抵抗溫度差異化的能力。常見(jiàn)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為測(cè)試條件2,，往復(fù)循環(huán)1000次,，最終根據(jù)測(cè)試電路的通斷情況判斷測(cè)試是否通過(guò)。（見(jiàn)圖4）

圖4 溫度循環(huán)測(cè)試示意圖

測(cè)試目的：評(píng)估芯片產(chǎn)品中具有不同熱膨脹系數(shù)的金屬間接口的接觸良率,。方法是通過(guò)相對(duì)溫度差異大的氣體環(huán)境,，從高溫到低溫往復(fù)變化。

測(cè)試條件：條件1: -55℃～125℃,；條件2: -65℃～150℃,。失效機(jī)制：電路的短路和斷路、材料的破壞及結(jié)構(gòu)機(jī)械變形,。（見(jiàn)圖5）

圖5 TCT后的芯片封裝失效缺陷圖

（2）熱沖擊測(cè)試（Thermal Shock Test, TST）：是通過(guò)將封裝體暴露于高低溫液體的轉(zhuǎn)換環(huán)境中,，測(cè)試封裝體抗熱沖擊的能力。常見(jiàn)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為測(cè)試條件2,，往復(fù)循環(huán)1000次,，最終根據(jù)測(cè)試電路的通斷情況判斷測(cè)試是否通過(guò)。（見(jiàn)圖6）

圖6 熱沖擊測(cè)試流程及規(guī)范指標(biāo)示意圖

測(cè)試目的：評(píng)估芯片產(chǎn)品中具有不同熱膨脹系數(shù)的金屬間接口的接觸良率,。方法是通過(guò)循環(huán)流動(dòng)的液體從高溫到低溫往復(fù)變化,。測(cè)試條件：條件1: -55℃～125℃,；條件2: -65℃～150℃。失效機(jī)制：電路的短路和斷路,、材料的破壞及結(jié)構(gòu)機(jī)械變形,。（見(jiàn)圖7）

圖7 TST后的導(dǎo)通線路斷裂失效缺陷圖

TCT與TST的區(qū)別在于TCT偏重于芯片封裝的測(cè)試，而TST偏重于晶圓的測(cè)試,。

（3）高溫儲(chǔ)藏試驗(yàn)（High Temperature Storage Test, HTST）：通過(guò)將封裝體長(zhǎng)時(shí)間暴露于150℃的高溫氮?dú)鉅t中,，測(cè)試電路通斷路情況。（見(jiàn)圖8）

圖8 高溫儲(chǔ)藏試驗(yàn)規(guī)范指標(biāo)示意圖

測(cè)試的目的：主要在于測(cè)試長(zhǎng)期高溫狀況下,，例如150℃加熱1000小時(shí)的情況,，封裝體中可能因?yàn)槲镔|(zhì)活性增強(qiáng)，物質(zhì)遷移擴(kuò)散而影響電路性能,。測(cè)試的條件：溫度：150℃,；時(shí)間：500hrs/1000hrs；電性能測(cè)試：開(kāi)路/短路測(cè)試,。失效機(jī)制：電路的短路和斷路,、材料的破壞及結(jié)構(gòu)機(jī)械變形。

（4）蒸汽鍋測(cè)試（Pressure Cooker Test, PCT）：俗稱高壓鍋測(cè)試,，主要測(cè)試封裝產(chǎn)品抵抗環(huán)境濕度的能力,，并通過(guò)增加壓強(qiáng)來(lái)縮短測(cè)試時(shí)間。（見(jiàn)圖9）

圖9 蒸汽鍋測(cè)試/熱應(yīng)力測(cè)試流程示意圖

測(cè)試目的：評(píng)估芯片產(chǎn)品在高溫,、高濕,、高壓條件下對(duì)濕度的抵抗能力，加速其性能失效的過(guò)程,。測(cè)試條件：130℃, 85%相對(duì)濕度,，通電加偏壓，鍋內(nèi)壓力2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,。失效機(jī)制：化學(xué)金屬腐蝕,，封裝塑封異常。（見(jiàn)圖10）

圖10 PCT后的金屬電路失效缺陷圖

（5）加速應(yīng)力測(cè)試（High Accelerated Temperature and Humidity Stress Test, HAST）：通過(guò)在高溫高濕以及偏壓的環(huán)境下,，測(cè)試封裝體抗?jié)穸饶芰?。（?jiàn)圖11）

圖11 加速應(yīng)力測(cè)試流程示意圖

測(cè)試目的：評(píng)估芯片產(chǎn)品在偏壓及高溫、高濕,、高氣壓條件下對(duì)濕度的抵抗能力,，加速其失能過(guò)程。

圖12 HAST后的金屬電路失效缺陷圖

測(cè)試條件：130℃,，85%相對(duì)濕度,，1.1伏特，通電加偏壓,，鍋內(nèi)壓力2.3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,。失效機(jī)制：線路腐蝕,，封裝塑封異常。

（6）Precon測(cè)試（Precondition Test）：是模擬芯片封裝完成后,，運(yùn)輸?shù)较掠谓M裝廠裝配成最終產(chǎn)品的過(guò)程中,，針對(duì)產(chǎn)品會(huì)經(jīng)歷的可能環(huán)境變化所作的可靠性測(cè)試項(xiàng)目。模擬測(cè)試整個(gè)過(guò)程中有類似TCT和THT的測(cè)試,。測(cè)試前先確認(rèn)封裝電器成品性能沒(méi)有問(wèn)題,，然后開(kāi)始各項(xiàng)惡劣環(huán)境的考驗(yàn)，先是TCT,，模擬運(yùn)輸過(guò)程中的溫度變化，目的在了解電子元器件的吸濕狀況,，再在恒溫環(huán)境放置一段時(shí)間后（吸濕測(cè)試條件分為6個(gè)等級(jí),，依客戶要求選用測(cè)試），再模擬后段焊錫加工過(guò)程,，然后檢查元器件的電器特性及內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否失效,。（見(jiàn)圖13）

圖13 Precon測(cè)試爆米花分層失效圖

在Precon測(cè)試中最常見(jiàn)的問(wèn)題有爆米花效應(yīng)（Popcorn）跟分層（Delamination）失效等問(wèn)題，這些問(wèn)題都是因?yàn)榉庋b體在吸濕后遭遇高溫,，內(nèi)部水分變?yōu)闅怏w,，急速膨脹導(dǎo)致封裝元器件受損造成的。

綜上所述,，一個(gè)好的電子產(chǎn)品,，可以從可靠性的測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)，芯片封裝體必須要具有較強(qiáng)的耐濕,、耐熱的能力,，采用上述6個(gè)可靠性測(cè)試的驗(yàn)證，有利于反饋并改善封裝設(shè)計(jì)管理,，從而提高產(chǎn)品的可靠性,。

芯片封裝載板生產(chǎn)工藝發(fā)展了幾十年，逐漸遇到生產(chǎn)制造的瓶頸,，蘋果公司已開(kāi)始導(dǎo)入一種稱為類載板制造方法（Substrate Like Process, SLP）,，給硬質(zhì)載板的生產(chǎn)工藝帶來(lái)了升級(jí)的機(jī)會(huì)。類載板生產(chǎn)工藝基本上是PCB硬板的一種方法,，只是制程上更接近半導(dǎo)體較細(xì)線路的制造工藝,，這種制造工藝、原材料和設(shè)計(jì)方案還可以發(fā)展出很多變化,。類載板制造方法的出現(xiàn),，讓高密度互連PCB廠商及現(xiàn)有的載板廠也可以生產(chǎn)，成為封裝廠新材料供應(yīng)商的新選擇,。

關(guān)于我們

上海簡(jiǎn)戶儀器設(shè)備有限公司是一家高科技合資企業(yè),生產(chǎn)銷售鹽霧箱,、恒溫恒濕機(jī),、冷熱沖擊機(jī)、振動(dòng)試驗(yàn)機(jī),、機(jī)械沖擊機(jī),、跌落試驗(yàn)機(jī)的環(huán)境試驗(yàn)儀器的公司，研發(fā)生產(chǎn)銷售經(jīng)營(yíng)各類可靠性環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備,。經(jīng)驗(yàn)豐富,，并得到許多國(guó)內(nèi)外廠商的信賴與支持。自公司成立以來(lái),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(kāi)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),。

為適應(yīng)市場(chǎng)快速變化及客戶多樣化的要求，上海簡(jiǎn)戶儀器設(shè)備有限公司研發(fā)了性能與可靠性**JianHuTest產(chǎn)品系列.從精密零件到電腦資訊系統(tǒng)及有線無(wú)線通訊產(chǎn)業(yè),，均可提供高品質(zhì)的設(shè)備與完善的售后服務(wù),。

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• 　上海簡(jiǎn)戶榮獲企業(yè)，表明上海簡(jiǎn)戶在技術(shù),、科技成果轉(zhuǎn)化,、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)等方面得到了國(guó)家的高度認(rèn)可,。簡(jiǎn)戶一直秉承"服務(wù)以人為本"的宗旨,，為廣大客戶提供精良的設(shè)備及優(yōu)質(zhì)的服務(wù),，提供的送貨上門,、安裝調(diào)試、一年的設(shè)備保養(yǎng),、終身維修,，技術(shù)指導(dǎo)服務(wù),。始終如一的以"努力、合作,、飛躍"的精神自我完善,、不斷發(fā)展、讓客戶與公司實(shí)現(xiàn)雙贏局面,。
  

• 簡(jiǎn)戶是集設(shè)計(jì),、銷售、研發(fā),、維修服務(wù)等為一體的綜合集團(tuán)公司,，從產(chǎn)品的研發(fā)到售后服務(wù)，每一個(gè)環(huán)節(jié)之間,，都以客戶的觀點(diǎn)與需求作為思考的出發(fā)點(diǎn),，提供的環(huán)境設(shè)備。公司創(chuàng)始人從事儀器設(shè)備行業(yè)20余年,，經(jīng)驗(yàn)豐富、資歷雄厚,，帶領(lǐng)簡(jiǎn)戶公司全體同仁攜手共建輝煌明天,。公司成立以來(lái)，積極投入電子電工,，航空,，航天，生物科技,，各大院校,，及科研單位等行業(yè)所需的產(chǎn)品測(cè)試設(shè)備裝置。
  

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• 簡(jiǎn)戶擁有一支的研發(fā),、生產(chǎn)和售后服務(wù)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),，目前擁有博士學(xué)位2人,，碩士5人，參與環(huán)境試驗(yàn)箱國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)起草和發(fā)行,。企業(yè)制定標(biāo)準(zhǔn),，行業(yè)里通過(guò)ISO9001。是中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)會(huì)員和理事單位,。曾榮獲CCTV《中國(guó)儀器儀表20強(qiáng)品牌》殊榮,，2010年入駐上海世博會(huì)民企館。簡(jiǎn)戶自創(chuàng)辦以來(lái),，參與3項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)起草與制定,，獲得40+件原創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán),、軟著、集成電路),，6次獲得上?？萍夹椭行∑髽I(yè)稱號(hào)，合作過(guò)3200+家合作客戶(其中世界500強(qiáng)高校600家),。
  

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• 簡(jiǎn)戶儀器今后必將牢記為客戶提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù)的宗旨,，不忘為行業(yè)貢獻(xiàn)前沿科學(xué)和技術(shù)的初心，再接再厲,，砥礪前行,！

• 【簡(jiǎn)戶儀器簡(jiǎn)介:成立2005年，是一家研發(fā),，生產(chǎn),，銷售及售后齊全的綜合性設(shè)備生產(chǎn)單位，多次評(píng)為科技型中小企業(yè),，,，客戶遍布高分子，汽車,，半導(dǎo)體,，塑膠，五金,，科研院校,，第三方檢測(cè)等】

• 　　【公司總部】

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