一文认识芯片封装可靠性环境试验

芯片封装可靠性环境试验是一种针对半导体零件封装质量的系统性评估手段。其目的主要在于验证封装结构在特定环境条件下的耐温、抗温湿、疲劳老化等关键性能指标，以及满足保存与管制的相关要求。随着环境因素的复杂多变，封装可靠性环境应力试验的复杂度也日益增加，传统单一试验方式已逐渐被具有复合效益的综合试验方案所取代。例如，由空气污染引发的酸雨、废气等环境因素在高温条件下可能产生加速腐蚀效应，这对传统验证方法提出了挑战。

武汉金测检测作为一家检测机构，提供完整的芯片封装可靠性环境试验项目，涵盖技术整合咨询、实验设计规划、硬件设计制作、环境应力试验以及封装品质试验等一站式服务。我们致力于协助客户通过JEDEC、MIL—STD、AEC-Q等国际可靠性试验标准，确保芯片封装的质量与可靠性。

封装类可靠性测试项目

➢ Precon:预处理（ Preconditioning Test ), 简写为PC，也有叫MSL（Moisture Sensitivity Level）吸湿敏锐、湿度敏锐性试验(MSL Test)试验的：确认芯片样品是否因含有过多水份，使得在S MT回焊(Reflow)组装期间，造成芯片脱层、裂痕(Crack)、爆米花效应，导致寿命变短或损伤，模拟芯片贴到板子的过程可能出现的这些问题。

➢ THB:温湿度偏压寿命试验(Temperature Humidity Bias Test)

➢ H3TRB：高温高湿反偏试验（High Humidity, High Temperature Reverse Bias ）

➢ BHAST高加速寿命试验( Highly Accelerated Stress Test), 也叫HAST

➢ UHAST：(Unbiased HAST)

➢ TCT: 高低温循环试验（Temperature Cycling Test，也可简写TC，芯片级TC ）

➢ 板级TCT

➢ PTC 功率温度循环（Power temperature Cycling）

➢ PCT:高压蒸煮试验 （Pressure Cook Test，也叫AC (Autoclave Test)：

➢ TST: 高低温冲击试验

➢ HTST: 高温储存试验（High Temperature Storage Life Test，可简写HTS ）

➢ 可焊性试验（Solderability Test ）

➢ 耐焊性试验（ Solder Heat Resistivity Test ）

➢ 外观检测（External Visual Inspection，可简写OM）

➢ 焊线推拉力试验（Wire Bond Pull/ Shear）

➢ 锡球推力试验（Solder Ball Shear）

➢ Die推力试验（Die Shear Test）

➢ 锡球热拔试验（Solder Ball Hot Bump Pull）

➢ 锡球冷拔试验（Solder Ball Cold Bump Pull）

环境应力试验

1).湿度敏锐等级区分 (Moisture Sensitive Level / MSL)

针对表面黏着型且非密封型(Non-hermetic)零件或得经过S MT回焊制程(Reflow)之其他零件类别进行验证。判断标准主要以超音波扫描(SAT、SAM或CSAM)判断脱层位置与脱层比率，藉以制定湿度敏锐等级。湿度敏锐等级区分后，作为可靠度试验前处理 (Precondition Test)的应用。可靠度前处理的目的在于仿真零件自生产、运输至客户上线使用这个循环过程。前处理的吸湿条件是根据零件之湿度敏锐等级而来，也是工厂使用时的管理参考。多项可靠度环境应力试验均需要先执行前处理后才展开。

2).温度循环试验 (Temperature Cycling Test)

温度循环测试又称为可靠度试验之母，是可靠度试验中相当重要的一项。利用温度循环加诸于零件上，产生膨胀系数不匹配的影响，长期造成零件的疲劳老化(Fatigue)，发生失效的结果。以零件封装体来看，常出现的问题包括：打线脱落、结构脱层、金属断裂、焊点疲劳龟裂等现象，是很贴近真实使用的模拟。

3).温湿度偏压试验(Temperature Humidity Bias Test)

以高温潮湿的环境并加上电压，形成加速模式化学反应，产生腐蚀现象。除静态环境试验外，常使用偏压测试，更能看出封装体内部金属材料之离子迁移风险，也可同步测试产品的抗腐蚀性。由于实验时间长，可使用高加速温湿度试验 (HAST，Highly Accelerated Stress Test)替代。其差异点在加湿过程中，由于更高的温度，产生更大的大气压力，加速了腐蚀速度。根据JEDEC的定义，96小时的HAST试验可以替代1000小时的高温高湿试验(85℃ / 85百 分之RH)。

4).高低温贮存试验(High / Low Temperature Storage Test)

此试验的目的在于验证包材料的耐温老化状态，在持续高温或者低温的状态下，使封装材料加速老化。而低温试验，在很低的温度下，利用膨胀收缩造成机械变型。对组件结构上造成脆化而引发的裂痕。高低温储存试验由于非针对封装结构，而是针对封装体材料的老化，因此实验可以不经过前处理程序。

5).耐热性试验

由于多数电子产品需要经过热的环境进行组装、拆解、维修等的程序，因此须承受各种耐热的模拟，以确保 过程不受热冲击损伤，常用的方式包括回焊(Reflow)、烙铁(Solder Iron)、热风枪(Hot Air Gun)、浸锡(Solder Dipping)等方式。

封装品质试验

1).焊锡性试验(Solderability Test)

焊锡性试验的目的在确保零件脚的电镀质量或锡球是否有污染问题。标准实验方式采取锡槽法(Solder Pot)，须达到百 分之95以上的覆盖率。针对BGA锡球沾锡试验，目前虽无法规标准，但业界普遍采取S MT制程模拟，更贴近实际使用状态。

2).沾锡天平试验(Wetting Balance Test)

沾锡天平的实验目的在于焊锡性争议分析，透过灵敏的沾锡天平，可以确定零件脚与锡的接触反应速度，可以预知零件脚的潜在风险，补强焊锡性试验的盲点，也试过期物料验证的有益方式。

3).推拉力试验(Pull / Shear Test)

推拉力试验主要针对封装打线制程的质量，透过此试验，并收集推拉力值进行SPC计算，确定其变异量，进行持续优化。此外，针对BGA锡球，可进行锡球推力，并参考AEC的锡球推力值，判定是否合格，以确保焊点结合强度符合标准。

4).无铅制程试验(Pb-Free Test)

无铅制程试验是一个广义的定义，电子产品导入无铅制程大约十五年，也已经相当成熟。近几年由于车用市场开始采用无铅制程，也重新开启锡须(Tin Whisker)试验需求，因此无铅制程在车用产品领域，成为标准试验项目。