PCT高壓加速老化試驗機試驗目的及應用

時間：2011-4-26閱讀：3787

說明：PINDAR品達環(huán)試PCT試驗一般稱為壓力鍋蒸煮試驗或是飽和蒸汽試驗，zui主要是將待測品置于嚴苛之溫度、飽和濕度（100%R.H.）[飽和水蒸氣]及壓力環(huán)境下測試，測試代測品耐高濕能力，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的話，則用來測試半導體封裝之抗?jié)駳饽芰?，待測品被放置嚴苛的溫濕度以及壓力環(huán)境下測試，如果半導體封裝的不好，濕氣會沿者膠體或膠體與導線架之接口滲入封裝體之中，常見的故裝原因：爆米花效應、動金屬化區(qū)域腐蝕造成之斷路、封裝體引腳間因污染造成之短路..等相關問題。

PCT對PCB的故障模式：起泡（Blister）、斷裂（Crack）、止焊漆剝離（SR de-lamination）。

半導體的PCT測試：PINDAR品達環(huán)試PCTzui主要是測試半導體封裝之抗?jié)駳饽芰?，待測品被放置嚴苛的溫濕度以及壓力環(huán)境下測試，如果半導體封裝的不好，濕氣會沿者膠體或膠體與導線架之接口滲入封裝體之中，常見的故裝原因：爆米花效應、動金屬化區(qū)域腐蝕造成之斷路、封裝體引腳間因污染造成之短路..等相關問題。

PCT對IC半導體的可靠度評估項目：DA Epoxy、導線架材料、封膠樹脂
腐蝕失效與IC：腐蝕失效（水汽、偏壓、雜質離子）會造成IC的鋁線發(fā)生電化學腐蝕，而導致鋁線開路以及遷移生長。

塑封半導體因濕氣腐蝕而引起的失效現象：
由于鋁和鋁合金價格便宜，加工工藝簡單，因此通常被使用爲集成電路的金屬線。從進行集成電路塑封制程開始，水氣便會通過環(huán)氧樹脂滲入引起鋁金屬導線産生腐蝕進而産生開路現象，成爲質量管理zui爲頭痛的問題。雖然通過各種改善包括采用不同環(huán)氧樹脂材料、改進塑封技術和提高非活性塑封膜爲提高産質量量進行了各種努力，但是隨著日新月異的半導體電子器件小型化發(fā)展，塑封鋁金屬導線腐蝕問題至今仍然是電子行業(yè)非常重要的技術課題。

壓力蒸煮鍋試驗（PCT）結構：試驗箱由一個壓力容器組成，壓力容器包括一個能産生100%（潤濕）環(huán)境的水加熱器，待測品經過PINDAR品達環(huán)試PCT試驗所出現的不同失效可能是大量水氣凝結滲透所造成的。

澡盆曲線：澡盆曲線（Bathtub curve、失效時期），又用稱為浴缸曲線、微笑曲線，主要是顯示產品的于不同時期的失效率，主要包含早夭期（早期失效期）、正常期（隨機失效期）、損耗期（退化失效期），以環(huán)境試驗的可靠度試驗箱來說得話，可以分爲篩選試驗、加速壽命試驗（耐久性試驗）及失效率試驗等。進行可靠性試驗時"試驗設計"、"試驗執(zhí)行"及"試驗分析"應作爲一個整體來綜合考慮。

常見失效時期：
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、不夠完善的設計。
隨機失效期（正常期，Useful Life Region）：外部震蕩、誤用、環(huán)境條件的變化波動、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)境應力與失效關系圖說明：
依據美國Hughes航空公司的統(tǒng)計報告顯示，環(huán)境應力造成電子產品故障的比例來說，高度占2%、鹽霧占4%、沙塵占6%、振動占28%、而溫濕度去占了高達60%，所以電子產品對于溫濕度的影響特別顯著，但由于傳統(tǒng)高溫高濕試驗（如：40℃/90%R.H.、85℃/85%R.H.、60℃/95%R.H.）所需的時間較長，為了加速材料的吸濕速率以及縮短試驗時間，可使用加速試驗設備（HAST[高度加速壽命試驗機]、PCT[壓力鍋]）來進行相關試驗，也就所謂的（退化失效期、損耗期）試驗。

θ 10℃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爲[10℃規(guī)則]，當周圍環(huán)境溫度上升10℃時，産品壽命就會減少一半；當周圍環(huán)境溫度上升20℃時，産品壽命就會減少到四分之一。
這種規(guī)則可以說明溫度是如何影響産品壽命（失效）的，相反的產品的可靠度試驗時，也可以利用升高環(huán)境溫度來加速失效現象發(fā)生，進行各種加速壽命老化試驗。

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。

鋁線中産生腐蝕過程：
① 水氣滲透入塑封殼內→濕氣滲透到樹脂和導線間隙之中
② 水氣滲透到芯片表面引起鋁化學反應

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，封裝材料摻有雜質或者雜質離子的污染（由于雜質離子的出現）
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

爆米花效應（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，其水分將因汽化壓力而造成封體的爆裂，同時還會發(fā)出有如爆米花般的聲響，故而得名，當吸收水汽含量高于0.17%時，[爆米花]現象就會發(fā)生。近來十分盛行P-BGA的封裝組件，不但其中銀膠會吸水，且連載板之基材也會吸水，管理不良時也常出現爆米花現象。

水汽進入IC封裝的途徑：
1.IC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去，因為塑料與引線框架之間只有機械性的結合，所以在引線框架與塑料之間難免出現小的空隙。
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
備注：氣密封裝對于水汽不敏感，一般不采用加速溫濕度試驗來評價其可靠性，而是測定其氣密性、內部水汽含量等。

針對JESD22-A102的PCT試驗說明：
用來評價非氣密封裝器件在水汽凝結或飽和水汽環(huán)境下抵御水汽的完整性。
樣品在高壓下處于凝結的、高濕度環(huán)境中，以使水汽進入封裝體內，暴露出封裝中的弱點，如分層和金屬化層的腐蝕。該試驗用來評價新的封裝結構或封裝體中材料、設計的更新。
應該注意，在該試驗中會出現一些與實際應用情況不符的內部或外部失效機制。由于吸收的水汽會降低大多數聚合物材料的玻璃化轉變溫度，當溫度高于玻璃化轉變溫度時，可能會出現非真實的失效模式。

外引腳錫短路：封裝體外引腳因濕氣引起之電離效應，會造成離子遷移不正常生長，而導致引腳之間發(fā)生短路現象。

濕氣造成封裝體內部腐蝕：濕氣經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，在經過經過表面的缺陷如：護層針孔、裂傷、被覆不良處..等，進入半導體原件里面，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試驗條件（整理PCB、PCT、IC半導體以及相關材料有關于PCT[蒸汽鍋測試]的相關測試條件）

試驗名稱	溫度	濕度	時間	檢查項目&補充說明
JEDEC-22-A102	121℃	100%R.H.	168h	其它試驗時間：24h、48h、96h、168h、240h、336h
IPC-FC-241B-PCB銅張積層板的拉剝強度試驗	121℃	100%R.H.	100 h	銅層強度要在 1000 N/m
IC-Auto Clave試驗	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	121℃	100%R.H.	30min	檢查：分層、氣泡、白點
無鉛焊錫加速壽命1	100℃	100%R.H.	8h	相當于高溫高濕下6個月，活化能=4.44eV
無鉛焊錫加速壽命2	100℃	100%R.H.	16h	相當于高溫高濕下一年，活化能=4.44eV
IC無鉛試驗	121℃	100%R.H.	1000h	500小時檢查一次
液晶面板密合性試驗	121℃	100%R.H.	12h
金屬墊片	121℃	100%R.H.	24h
半導體封裝試驗	121℃	100%R.H.	500、1000 h
PCB吸濕率試驗	121℃	100%R.H.	5、8h
FPC吸濕率試驗	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	121℃	100%R.H.	3h	PCT試驗完畢之后進行再流焊耐熱性試驗（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
主機板用PCB	121℃	100%R.H.	30min
GBA載板	121℃	100%R.H.	24h
半導體器件加速濕阻試驗	121℃	100%R.H.	8h

JEDEC JESD22-A102-B飽和濕度試驗
說明：PINDAR品達環(huán)試PCT試驗機執(zhí)行JEDEC JESD22-A102-B飽和濕度（121℃/100%R.H.）的實際試驗紀錄曲線，PINDAR品達環(huán)試的PCT試驗機是目前業(yè)界*機臺標準內建數字電子紀錄器的設備，可完整紀錄整個試驗過程的溫度、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算出來的，能夠真正掌握實際的試驗過程。

PCB的PCT試驗案例：
說明：PCB板材經PCT試驗（121℃/100%R.H./168h）之后，因PCB的絕緣綠漆質量不良而發(fā)生濕氣滲透到銅箔線路表面，而讓銅箔線路產生發(fā)黑現象。

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