semiconductor verification
半導體驗證分析服務

環境試驗

電子產品環境應力試驗 

      環境應力試驗的目的主要是針對半導體零件的封裝(Package Assembly)品質進行試驗。影響封裝品質的關環境包括:封裝結構的耐溫水準、封裝結構的抗溫濕水準、封裝結構的疲勞老化因素,最後是有關保存與管制的要求。

    環境應力試驗的複雜度受到環境變遷影響而更加多元,傳統的單一試驗逐漸的被複合式效益所取代。離如諸多空氣汙染衍生的酸雨、廢氣等,在高溫下所產生的加速腐蝕模式,已非傳統觀念可以有效驗證。

 

環境應力試驗

  •  濕度敏感等級區分 (Moisture Sensitive Level / MSL):​針對表面黏著型(SMD)且非密封型(Non-hermetic)零件或得經過SMT迴焊製程(Reflow)之其他零件類別進行驗證。判斷標準主要以超音波掃描(SAT、SAM或CSAM)判斷脫層(Delamination)位置與脫層比率,藉以制定濕度敏感等級。濕度敏感等級區分後,作為可靠度試驗前處理 (Precondition Test)的應用。可靠度前處理的目的在於模擬零件自生產、運輸至客戶上線使用這個循環過程。前處理的吸濕條件是根據零件之濕度敏感等級而來,也是工廠使用時的管理參考。多項可靠度環境應力試驗均需要先執行前處理後才展開。
  •  溫度循環試驗 (Temperature Cycling Test):溫度循環測試又稱為可靠度試驗之母,是可靠度試驗中相當重要的一項。利用溫度循環加諸於零件上,產生膨脹係數不匹配的影響,長期造成零件的疲勞老化(Fatigue),發生失效的結果。以零件封裝體來看,常出現的問題包括:打線脫落、結構脫層、金屬斷裂、焊點疲勞龜裂等現象,是最貼近真實使用的模擬。
  • 溫濕度偏壓試驗 (Temperature Humidity Bias Test):以高溫潮濕的環境並加上電壓,形成加速模式化學反應,產生腐蝕現象。除靜態環境試驗外,常使用偏壓測試,更能看出封裝體內部金屬材料之離子遷移風險,也可同步測試產品的抗腐蝕性。由於實驗時間長,可使用高加速溫濕度試驗 (HAST,Highly Accelerated Stress Test)替代。其差異點在加濕過程中,由於更高的溫度,產生更大的大氣壓力,加速了腐蝕速度。根據JEDEC的定義,96小時的HAST試驗可以替代1000小時的高溫高濕試驗(85℃ / 85% RH)。
  • 高低溫貯存試驗 (High / Low Temperature Storage Test):此試驗的目的在於驗證封裝材料的耐溫老化狀態,在持續高溫或者低溫的狀態下,使封裝材料加速老化。而低溫試驗,在極低的溫度下,利用膨脹收縮造成機械變型。對元件結構上造成脆化而引發的裂痕。高低溫儲存試驗由於非針對封裝結構,而是針對封裝體材料的老化,因此實驗可以不經過前處理程序。
  • 耐熱性試驗 (Thermal Resistance Test):由於多數電子產品需要經過熱的環境進行組裝、拆解、維修等的程序,因此必須承受各種耐熱的模擬,以確保過程不受熱衝擊損傷,常用的方式包括迴焊(Reflow)、烙鐵(Solder Iron)、熱風槍(Hot Air Gun)、浸錫(Solder Dipping)等方式。

封裝品質試驗

    除環境應力試驗外,對於零件封裝品質上,有多項值得注意的測試項目:​​

  • 焊錫性試驗(Solderability Test):焊錫性試驗的目的在確保零件腳的電鍍品質或錫球是否有汙染問題。標準實驗方式採取錫槽法(Solder Pot),必須達到95%以上的覆蓋率。針對BGA錫球沾錫試驗,目前雖無法規標準,但業界普遍採取SMT製程模擬,更貼近實際使用狀態。
  • 沾錫天平試驗 (Wetting Balance Test):沾錫天平的實驗目的在於焊錫性爭議分析,透過靈敏的沾錫天平,可以確定零件腳與錫的接觸反應速度,可以預知零件腳的潛在風險,補強焊錫性試驗的盲點,也試過期物料驗證的有效益方式。
  • 推拉力試驗 (Pull / Shear Test):推拉力試驗主要針對封裝打線製程的品質,透過此試驗,並收集推拉力值進行SPC計算,確定其變異量,進行持續優化。此外,針對BGA錫球,可進行錫球推力,並參考AEC的錫球推力值,判定是否合格,以確保焊點結合強度符合標準。
  • 無鉛製程試驗 (Pb-Free Test):無鉛製程試驗是一個廣義的定義,電子產品導入無鉛製程大約十五年,也已經相當成熟。近幾年由於車用市場開始採用無鉛製程,也重新開啟錫鬚(Tin Whisker)試驗需求,因此無鉛製程在車用產品領域,成為標準試驗項目。

          華證科技網羅業界資深人員,在半導體零件可靠度測試有多年實務經驗,為提供客戶更優質的服務平台,已建置了整合服務專責人員,提供實驗設計與整體規劃等。根據產品的技術規範以及客戶的要求,目前可以執行之標準規範諸如MIL-STD 883、 JEDEC 22系列、IEC、JESD、AEC、EIA..等。

 


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