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PCT高壓加速老化試驗箱試驗方法及試驗標準

文章出處:   責任編輯:   發(fā)布時間:2020-09-26 16:09:00    點擊數(shù):-   【

說明:PCT高壓加速老化試驗一般稱為壓力鍋蒸煮試驗或是飽和蒸汽試驗,最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。

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

2、半導體的PCT測試:PCT最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。

3、PCT對IC半導體的可靠度評估項目:DAEpoxy、導線架材料、封膠樹脂

4、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(xiàn)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(xiàn)象,成爲質量管理最爲頭痛的問題。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(jīng)過PCT試驗所出現(xiàn)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(Bathtubcurve、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,InfantMortalityRegion):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,UsefulLifeRegion):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,WearoutRegion):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(jù)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(xiàn)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(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(PopcornEffect):

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(xiàn)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(xiàn)爆米花現(xiàn)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(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
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(xiàn)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(shù)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(xiàn)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(xiàn)象。

濕氣造成封裝體內部腐蝕: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

PC-FC-241B-PCB銅張積層板的拉剝強度試驗

121

100%R.H.

100h

銅層強度要在1000N/mI

C-AutoClave試驗

121

100%R.H.

288h

低介電高耐熱多層板

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

500h檢查一次液晶面板密合性

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.

1000h、500h

PCB吸濕率試驗

121

100%R.H.

5h、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0.40.6%

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0.550.65%

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-BraBond

121

100%R.H.

168h

車用PCB

121

100%R.H.

50h/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


JEDECJESD22-A102-B飽和濕度試驗

說明:瑞凱儀器PCT老化試驗機執(zhí)行JEDECJESD22-A102-B飽和濕度(121℃/100%R.H.)的實際試驗紀錄曲線,瑞凱儀器的PCT老化試驗機是目前業(yè)界唯一機臺標準內建數(shù)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(jīng)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(xiàn)象


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