1、PCT測試目的與應(yīng)用 作者：江志宏說明：PCT試驗(yàn)一般稱為壓力鍋蒸煮試驗(yàn)或是飽和蒸汽試驗(yàn)，最主要是將待測品置於嚴(yán)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(duì)印刷線路板(PCB&FPC)，用來進(jìn)行材料吸濕率試驗(yàn)、高壓蒸煮試驗(yàn).等試驗(yàn)?zāi)康模绻郎y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?，待測品被放置嚴(yán)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(huì)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(dòng)金屬化區(qū)域腐蝕造成之?dāng)嗦?、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(yàn)(PCT)結(jié)構(gòu)：試驗(yàn)箱由一個(gè)壓

2、力容器組成，壓力容器包括一個(gè)能産生100%（潤濕）環(huán)境的水加熱器，待測品經(jīng)過PCT試驗(yàn)所出現(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(shí)期)，又用稱為浴缸曲線、微笑曲線，主要是顯示產(chǎn)品的於不同時(shí)期的失效率，主要包含早夭期(早期失效期)、正常期(隨機(jī)失效期)、損耗期(退化失效期)，以環(huán)境試驗(yàn)的可靠度試驗(yàn)箱來說得話，可以分爲(wèi)篩選試驗(yàn)、加速壽命試驗(yàn)(耐久性試驗(yàn))及失效率試驗(yàn)等。進(jìn)行可靠性試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)執(zhí)行及試驗(yàn)分析應(yīng)作爲(wèi)一個(gè)整體來綜合考慮。常見失效時(shí)期：早期失效期(早夭期，Infant Mortality Region)：不夠完善的生産、存在

3、缺陷的材料、不合適的環(huán)境、不夠完善的設(shè)計(jì)。隨機(jī)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(dòng)、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(jì)報(bào)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(zhàn)2%、鹽霧佔(zhàn)4%、沙塵佔(zhàn)6%、振動(dòng)佔(zhàn)28%、而溫濕度去佔(zhàn)了高達(dá)60%，所以電子產(chǎn)品對(duì)於溫濕度的影響特別顯著，但由於傳統(tǒng)高溫高濕試驗(yàn)(如：40/90%R.H.、85/85%R.H.、60/95%R.H.)所需的時(shí)間較長，為了加速材料的吸濕速率以及縮短試驗(yàn)

4、時(shí)間，可使用加速試驗(yàn)設(shè)備(HAST高度加速壽命試驗(yàn)機(jī)、PCT壓力鍋)來進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，也就所謂的(退化失效期、損耗期)試驗(yàn)。 10法則：討論産品壽命時(shí)，一般採用10法則的表達(dá)方式，簡單的說明可以表達(dá)爲(wèi)10規(guī)則，當(dāng)周圍環(huán)境溫度上升10時(shí)，産品壽命就會(huì)減少一半；當(dāng)周圍環(huán)境溫度上升20時(shí)，産品壽命就會(huì)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(yàn)時(shí)，也可以利用升高環(huán)境溫度來加速失效現(xiàn)象發(fā)生，進(jìn)行各種加速壽命老化試驗(yàn)。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(jié)合能力下降、腐蝕、空洞、線焊點(diǎn)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

5、線間短路。水汽對(duì)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(duì)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(yán)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(huì)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(dòng)金屬化區(qū)域腐蝕造成之?dāng)嗦?、封裝體引腳間因污染造成之短路.等相關(guān)問題。PCT對(duì)IC半導(dǎo)體的可靠度評(píng)估項(xiàng)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(huì)造

6、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(jià)格便宜，加工工藝簡單，因此通常被使用爲(wèi)積體電路的金屬線。從進(jìn)行積體電路塑封製程開始，水氣便會(huì)通過環(huán)氧樹脂滲入引起鋁金屬導(dǎo)線産生腐蝕進(jìn)而産生開路現(xiàn)象，成爲(wèi)品質(zhì)管理最爲(wèi)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(jìn)塑封技術(shù)和提高非活性塑封膜爲(wèi)提高産品質(zhì)量進(jìn)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

7、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(shí)，封裝材料摻有雜質(zhì)或者雜質(zhì)離子的污染(由於雜質(zhì)離子的出現(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(huì)吸水，一旦末加防範(fàn)而逕行封牢塑體後，在下游組裝焊接遭遇高溫時(shí)，其水分將因汽化壓力而造成封體的爆裂，同時(shí)還會(huì)發(fā)出有如爆米花般的聲響，故而得名，當(dāng)吸收水汽含量高於0.17%時(shí)，爆米花現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生。近來十分盛行P-BGA的封裝元件，不但其中銀膠會(huì)吸水，且連載板之基材也會(huì)吸水，管理不良時(shí)也常出現(xiàn)爆米花

8、現(xiàn)象。水汽進(jìn)入IC封裝的途徑：1.IC晶片和引線框架及SMT時(shí)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(shí)對(duì)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(jìn)去，因?yàn)樗苣z與引線框架之間只有機(jī)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*10-10m以上，水分子就可穿越封膠的防護(hù)備註：氣密封裝對(duì)於水汽不敏感，一般不採用加速溫濕度試驗(yàn)來評(píng)價(jià)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：針對(duì)JESD22-A102的PCT試驗(yàn)說明：用來評(píng)價(jià)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

9、完整性。樣品在高壓下處於凝結(jié)的、高濕度環(huán)境中，以使水汽進(jìn)入封裝體內(nèi)，暴露出封裝中的弱點(diǎn)，如分層和金屬化層的腐蝕。該試驗(yàn)用來評(píng)價(jià)新的封裝結(jié)構(gòu)或封裝體中材料、設(shè)計(jì)的更新。應(yīng)該注意，在該試驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)一些與實(shí)際應(yīng)用情況不符的內(nèi)部或外部失效機(jī)制。由於吸收的水汽會(huì)降低大多數(shù)聚合物材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，當(dāng)溫度高於玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)非真實(shí)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(huì)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(hù)層針孔、裂傷、被覆不良處

10、.等，進(jìn)入半導(dǎo)體原件裡面，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(yàn)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(yàn)名稱溫度濕度時(shí)間檢查項(xiàng)目&補(bǔ)充說明JEDEC-22-A102121100%R.H.168h其他試驗(yàn)時(shí)間：24h、48h、96h、168h、240h、336hIPC-FC-241B-PCB銅張積層板的拉剝強(qiáng)度試驗(yàn)121100%R.H.100 h銅層強(qiáng)度要在 1000 N/mIC-Auto Clave試驗(yàn)121100%R.H.288h低介電高耐熱多層板121100%R.H.192hPCB塞孔劑121100%R.H

11、.192hPCB-PCT試驗(yàn)121100%R.H.30min檢查：分層、氣泡、白點(diǎn)無鉛銲錫加速壽命1100100%R.H.8h相當(dāng)於高溫高濕下6個(gè)月，活化能=4.44eV無鉛銲錫加速壽命2100100%R.H.16h相當(dāng)於高溫高濕下一年，活化能=4.44eVIC無鉛試驗(yàn)121100%R.H.1000h500小時(shí)檢查一次液晶面板密合性試驗(yàn)121100%R.H.12h金屬墊片121100%R.H.24h半導(dǎo)體封裝試驗(yàn)121100%R.H.500、1000 hPCB吸濕率試驗(yàn)121100%R.H.5、8hFPC吸濕率試驗(yàn)121100%R.H.192hPCB塞孔劑121100%R.H.192h低介電率

12、高耐熱性的多層板材料121100%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121100%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(yàn)121100%R.H.3hPCT試驗(yàn)完畢之後進(jìn)行再流焊耐熱性試驗(yàn)(260/30秒)微蝕型水平棕化(Co-Bra Bond)121100%R.H.168h車用PCB121100%R.H.50、100h主機(jī)板用PCB121100%R.H.30minGBA載板121100%R.H.24h半導(dǎo)體器件加速濕阻試驗(yàn)121100%R.H.8hJEDEC JESD22-A102-B飽和濕度試驗(yàn)說明：慶聲PCT試驗(yàn)機(jī)執(zhí)行JEDEC JESD22-A102-B飽和濕度(121/100%R.H.)的實(shí)際試驗(yàn)紀(jì)錄曲線，慶聲的PCT試驗(yàn)機(jī)是目