PCT測試目的與應(yīng)用

1、PCT測試目的與應(yīng)用 說明：PCT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於嚴苛之溫度、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?zāi)康?，?果待測品是半導(dǎo)體的話，則用來測試半導(dǎo)體封裝之抗?jié)駳饽芰Γ郎y品被放置嚴苛的溫濕度以及壓力環(huán)境下測試，如果半導(dǎo)體封裝的 不好，濕氣會沿者膠體或膠體與導(dǎo)線架之介面滲入封裝體之中，常見的故裝原因：爆米花效應(yīng)、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(guān)問題。 壓力蒸煮鍋試驗（PCT）結(jié)構(gòu)：試驗箱由一個壓力

2、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 試驗所岀現(xiàn)的不同失效可能是大量水氣凝結(jié)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(chǎn)品的於不冋時期的失效率，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(shè)計“、“試驗執(zhí)行“及試驗分析“應(yīng)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

3、）：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(shè)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(yīng)力與失效關(guān)係圖說明： 依據(jù)美國 Hughes 航空公司的統(tǒng)計報告顯示， 環(huán)境應(yīng)力造成電子產(chǎn)品故障的比例來說， 高度佔 2%、鹽霧佔 4%、沙塵佔 6%、振動佔 28%、 而溫濕度去佔了高達60%，所以電子產(chǎn)品對於溫濕度的影響特別顯著，但由於傳統(tǒng)高溫高濕試驗（如：40C /90%R.H.、85C /85%R.H.、 60C /95

4、%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(shè)備（HAST高度加速壽命試驗機 卜 PCT壓力鍋）來進行相關(guān)試驗，也就所謂的（退化失效期、損耗期）試驗。 B10C法則：討論産品壽命時，一般採用0 10C法則的表達方式，簡單的說明可以表達爲10C規(guī)則，當周圍環(huán)境溫度上升10C時， 産品壽命就會減少一半；當周圍環(huán)境溫度上升20C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(chǎn)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

5、結(jié)合能力下降、腐蝕、空洞、線焊點脫開、引線間漏電、晶片與晶片粘 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(zhì)。 PCT對PCB的故障模式： 起泡（Blister）、斷裂（Crack）、止焊漆剝離（SR de-lamination）。 半導(dǎo)體的PCT測試：PCT最主要是測試半導(dǎo)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(dǎo)體封裝 的不好，濕氣會沿者膠體或膠體與導(dǎo)線架之介面滲入封裝體之中，常見的故裝原因：爆米花效應(yīng)、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(guān)問題。 PCT對IC半導(dǎo)

6、體的可靠度評估項目：DA Epoxy、導(dǎo)線架材料、封膠樹脂 腐蝕失效與 IC： 腐蝕失效 （水汽、偏壓、雜質(zhì)離子 ）會造成 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。 塑封半導(dǎo)體因濕氣腐蝕而引起的失效現(xiàn)象： 由於鋁和鋁合金價格便宜，加工工藝簡單，因此通常被使用爲積體電路的金屬線。從進行積體電路塑封製程開始，水氣便會通過環(huán)氧 樹脂滲入引起鋁金屬導(dǎo)線産生腐蝕進而産生開路現(xiàn)象，成爲品質(zhì)管理最爲頭痛的問題。 雖然通過各種改善包括採用不同環(huán)氧樹脂材料、 改進塑封技術(shù)和提高非活性塑封膜爲提高産品質(zhì)量進行了各種努力，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

7、電子行業(yè)非常重要的技術(shù)課題。 鋁線中産生腐蝕過程： 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 水氣滲透到晶片表面引起鋁化學(xué)反應(yīng) 加速鋁腐蝕的因素: 樹脂材料與晶片框架介面之間連接不夠好（由於各種材料之間存在膨脹率的差異） 封裝時，封裝材料摻有雜質(zhì)或者雜質(zhì)離子的污染（由於雜質(zhì)離子的岀現(xiàn)） 非活性塑封膜中所使用的高濃度磷 非活性塑封膜中存在的缺陷 爆米花效應(yīng)（Popcorn Effect）: 說明：原指以塑膠外體所封裝的IC,因其晶片安裝所用的銀膏會吸水，一旦末加防範而逕行封牢塑體後，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)岀有如爆米花般的聲響，故而得名，

8、當吸收水汽含量高於 0.17%時，爆米花現(xiàn)象 就會發(fā)生。近來十分盛行P-BGA的封裝元件，不但其中銀膠會吸水，且連載板之基材也會吸水，管理不良時也常岀現(xiàn)爆米花現(xiàn)象。 水汽進入IC封裝的途徑： 1.IC晶片和引線框架及 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，因為塑膠與引線框架之間只有機械性的結(jié)合，所以在 引線框架與塑膠之間難免出現(xiàn)小的空隙。 備註：只要封膠之間空隙大於3.4*10人-10口以上，水分子就可穿越封膠的防護 備註：氣密封裝對於水汽不敏感，一般不採用

9、加速溫濕度試驗來評價其可靠性，而是測定其氣密性、內(nèi)部水汽含量等。 爆米花效應(yīng)示意圖： E ypc II Delamination: Type 1 Driaimnjfion: EMC/Die Surface Die Auachr pc III Delamination: LMC Cracks Region iMCfLeadiiaine or /.Ik Heat Sink Type IV Delanunation: Leadfranie or Heat Sink/EMC 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(jié)或飽和水汽環(huán)境下抵禦水汽的完整性。 樣品在高壓下處

10、於凝結(jié)的、高濕度環(huán)境中，以使水汽進入封裝體內(nèi)，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(jié)構(gòu)或封裝體中材料、設(shè)計的更新 應(yīng)該注意，在該試驗中會岀現(xiàn)一些與實際應(yīng)用情況不符的內(nèi)部或外部失效機制。由於吸收的水汽會降低大多數(shù)聚合物材料的玻璃化轉(zhuǎn) 變溫度，當溫度高於玻璃化轉(zhuǎn)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(yīng)，會造成離子遷移不正常生長，而導(dǎo)致引腳之間發(fā)生短路現(xiàn)象 （離子遷移） 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晶片表面，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(dǎo)體

11、原件裡面，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(dǎo)體以及相關(guān)材料有關(guān)於PCT蒸汽鍋測試的相關(guān)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 C 100%R.H. 168h 其他試驗時間：24h、48h、96h、168h、240h、336h IPC-FC-241B-PCB 銅張積 層板的拉剝強度試驗 121 C 100%R.H. 100 h 銅層強度要在1000 N/m IC-Auto Clave 試驗 121 C 100%R.H. 288h 低介電高耐熱多層板 121 C 100

12、%R.H. 192h PCB塞孔劑 121 C 100%R.H. 192h PCB-PCT 試驗 121 C 100%R.H. 30mi n 檢查：分層、氣泡、白點 無鉛銲錫加速壽命 1 100C 100%R.H. 8h 相當於高溫高濕下 6個月，活化能=4.44eV 無鉛銲錫加速壽命 2 100C 100%R.H. 16h 相當於高溫高濕下一年，活化能=4.44eV IC無鉛試驗 121 C 100%R.H. 1000h 500小時檢查一次 液晶面板密合性試驗 121 C 100%R.H. 12h 金屬墊片 121 C 100%R.H. 24h 半導(dǎo)體封裝試驗 121 C 100%R.H.

13、500、1000 h PCB吸濕率試驗 121 C 100%R.H. 5、8h FPC吸濕率試驗 121 C 100%R.H. 192h PCB塞孔劑 121 C 100%R.H. 192h 低介電率高耐熱性的多 層板材料 121 C 100%R.H. 5h 吸水率小於0.40.6% 高TG玻璃環(huán)氧多層印刷 電路板材料 121 C 100%R.H. 5h 吸水率小於0.550.65% 高TG玻璃環(huán)氧多層印刷 電路板-吸濕後再流焊耐 熱性試驗 121 C 100%R.H. 3h PCT試驗完畢之後進行再流焊耐熱性試驗(260 C /30 秒) 微蝕型水平棕化(Co-Bra Bond) 121 C 100%R.H. 168h 車用PCB 121 C 100%R.H. 50、 100h 主機板用PCB 121 C 100%R.H. 30mi n GBA載板 121 C 100%R.H. 24h 半導(dǎo)體器件加速濕阻試 驗 121 C 100%R.H. 8h JEDEC JESD22-A102-B飽和濕度試驗 說明：慶聲 PCT試驗機執(zhí)行JEDEC JESD22-A102-B飽和濕度(121 C /100%R.H.)的實際試