今日（rì）知識：PCT試驗您了解多少？

        半導體（tǐ）封裝出廠研發過程中需要用到PCT試驗。什麽是PCT試驗呢？PCT試驗一般（bān）稱（chēng）為高壓（yā）鍋蒸煮試驗或是飽和蒸汽試驗，最主要是將待測品置於（yú）嚴苛之（zhī）溫度（dù）、飽（bǎo）和濕度(100%R.H.)[飽和水蒸氣（qì）]及壓力環境下測（cè）試，測試代測品耐高濕能力，針對印刷（shuā）線路板(PCB&FPC)，用來進行材料吸濕率試驗、高（gāo）壓蒸煮試驗..等試驗目的，如果待測品是半（bàn）導體的話（huà），則用來測試半導（dǎo）體封裝（zhuāng）之抗濕氣能力，待測品被放置嚴苛的溫濕度以及（jí）壓力（lì）環境下測試，如果半導體封（fēng）裝的不（bú）好，濕氣會沿者（zhě）膠體或膠體與（yǔ）導線架之接（jiē）口滲入封裝體之中，常見的故裝原因：爆米花效應、動（dòng）金（jīn）屬（shǔ）化區（qū）域腐（fǔ）蝕造成之斷路、封裝體引腳間因汙染造成之短路..等相關問題。

       壓力蒸煮鍋（guō）試驗(PCT)結構：試驗箱（xiāng）由一（yī）個壓力容器組成，壓力容器包括一個能（néng）產生100%（潤濕）環境的水加熱器，待測品經過PCT試驗所出現的不同失效可能是（shì）大量水氣凝結滲透所造成的。

      澡盆曲線：澡盆曲線(Bathtub curve、失效時期)，又用稱為浴缸曲線（xiàn）、微笑曲線，主（zhǔ）要是顯示產（chǎn）品的於（yú）不（bú）同時期的失效率，主要包含（hán）早夭期（qī）(早期失效期)、正常期(隨機失效期)、損耗期(退化失效期)，以環境試驗的可靠度試（shì）驗（yàn）箱來說（shuō）得話，可以分為篩選試驗、加速壽（shòu）命試驗(耐（nài）久性試驗)及失效率試驗等。進行可靠性試驗時"試驗設（shè）計"、"試驗執行"及"試驗分析"應作為一個整體來綜合考慮。

  常見失（shī）效時期：

早期失效期(早夭（yāo）期，Infant   Mortality Region)：不夠完善的生產、存在缺陷（xiàn）的材料（liào）、不合適的環境、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、環境條件的變化波動（dòng）、不良抗壓性能。

退化失效期(損（sǔn）耗期，Wearout   Region)：氧化、疲勞老化（huà）、性能退化、腐蝕。

      依據美國Hughes航空公司的統計報告顯示，環境應力造成（chéng）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%，所以電子產品對於溫濕度的影響特別顯著，但由（yóu）於傳統高溫高濕試驗(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（shì）驗機]、PCT[高壓鍋])來進行相關試驗，也就所謂的(退化（huà）失效期、損耗期)試驗。θ 10℃法則：討論產品壽命時，一般采用[θ10℃法則]的表達方式，簡單的說明可以表達為[10℃規則（zé）]，當（dāng）周圍環境溫度上升10℃時，產品（pǐn）壽命就會減少一半；當周圍環境溫（wēn）度上升（shēng）20℃時，產（chǎn）品壽命就會減少到四分之（zhī）一。這種（zhǒng）規則可以（yǐ）說明（míng）溫度是如何影（yǐng）響產品壽命(失效)的，相反的產品的可靠度試驗時，也可以利用升高環境溫度來加速失效現象發生，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（hé）物材料解聚、聚合物（wù）結合能力下降（jiàng）、腐蝕、空洞、線焊點脫開、引（yǐn）線間漏電、芯（xīn）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（zǐ）封裝可靠性的（de）影響：腐蝕失效（xiào）、分層和開裂、改變塑封材料的性質。

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

半導體的PCT測（cè）試（shì）：PCT最（zuì）主要是（shì）測試半導體封（fēng）裝（zhuāng）之抗濕氣能力，待測品（pǐn）被放置嚴苛的溫濕度（dù）以及壓力環境下測（cè）試，如果半導體（tǐ）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（zhuāng）體之中，常見的故裝原因：爆米花效應（yīng）、動金屬化區域（yù）腐蝕（shí）造成之斷路、封裝體引腳間因汙染造成之短路..等相關問題（tí）。

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

腐蝕失效與IC：腐蝕（shí）失（shī）效(水（shuǐ）汽、偏壓、雜質離子)會造成IC的（de）鋁線發生電化學腐蝕，而導致鋁線開路以及遷移生長。

塑封半導體（tǐ）因（yīn）濕氣（qì）腐蝕而引起的失效現（xiàn）象：

由於鋁和鋁合金價格（gé）便宜，加工工藝簡單，因此通常被使用為集成電路的金屬線。從進行集成電路塑封製程開始，水氣（qì）便會通過環氧樹脂滲入引起鋁金屬（shǔ）導（dǎo）線產生腐蝕進而產生開（kāi）路現象，成為質量管理最為頭痛的問題。雖然通過各種改善包（bāo）括采用不同環（huán）氧樹脂材料、改進塑封技（jì）術（shù）和提高非活性塑封膜為提高產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（huà）發展，塑封鋁金（jīn）屬（shǔ）導線腐蝕問題至今仍然是電子行業非常重要的技術課題。

鋁線中產生腐蝕過程：

 ① 水氣（qì）滲透入塑封殼內→濕氣滲透到樹脂和導線間隙之中

 ② 水氣滲透到芯片表麵引起鋁化學反應

加速鋁腐蝕的因素：

 ①樹脂材料與芯片框（kuàng）架（jià）接口之間連接不夠好(由於各種材料之間存在膨脹率的差異（yì）)

 ②封裝時，封裝材（cái）料摻有雜質或者雜質離子的汙染(由（yóu）於雜質離子的出（chū）現)

 ③非活性塑封（fēng）膜（mó）中所使用的高濃度磷

 ④非活性塑封膜中存（cún）在（zài）的缺陷

爆米花效應(Popcorn Effect)：

說明：原指以塑料外體所封裝的IC，因其芯（xīn）片（piàn）安裝所用的銀膏會吸水，一旦末加防範而徑行封牢（láo）塑體後（hòu），在（zài）下遊組（zǔ）裝焊接遭遇高溫時，其水分將因（yīn）汽化壓力而造成封體（tǐ）的爆裂，同時還會發出有如爆米（mǐ）花般的（de）聲響，故（gù）而得名，當吸收水汽含量高於0.17%時，[爆米花]現象就會發生。近來十分盛行P-BGA的封裝組件，不但其中銀膠會吸水，且連（lián）載（zǎi）板之基材也會吸水，管理（lǐ）不良時也常出現爆米花現象。

水汽進（jìn）入IC封裝的途徑：

1.IC芯（xīn）片和引線框架及SMT時用的銀漿所吸收（shōu）的水

2.塑封料中吸收的水分

3.塑封工作間濕（shī）度較高時對器（qì）件可能造成影響；

4.包封後的器件，水汽透過塑封料以（yǐ）及通過塑封（fēng）料和引線框架之間隙滲透（tòu）進去，因為塑料與引線框架之間隻有機械性的結合（hé），所（suǒ）以在引線框架與塑料之間難免出（chū）現小（xiǎo）的空隙。

備注：隻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

備注：氣密封裝對於（yú）水汽不敏感，一（yī）般不采用加速溫濕度試驗來（lái）評價其可靠性，而是測定其（qí）氣密性、內部水汽含量等。

針對JESD22-A102的PCT試驗（yàn）說（shuō）明：

用來評價非氣密封裝（zhuāng）器件在水汽凝（níng）結或飽和水汽環境下抵禦水汽的（de）完整性。

樣品在高壓下處於凝結的、高濕度環境中，以使（shǐ）水汽進（jìn）入封裝體內，暴露出（chū）封（fēng）裝中的弱點，如分層和金（jīn）屬化層（céng）的腐蝕。該試驗用來評價（jià）新的封裝（zhuāng）結構或封裝體中材料、設計的更新。

應（yīng）該注意，在該試驗中會出現一些與實際應（yīng）用情（qíng）況不符（fú）的內部或（huò）外部失效機製。由於吸收的水汽會降（jiàng）低大多數聚合（hé）物（wù）材料（liào）的玻璃化轉變溫度，當溫（wēn）度高於玻璃（lí）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（zhuāng）體外引腳因（yīn）濕氣引起之電離效應，會造成離子遷移不（bú）正常生長，而導致引腳之間發生短路現象。

濕氣造成（chéng）封裝體內部（bù）腐蝕：濕氣經過封裝過程所造成的裂（liè）傷，將外部的離（lí）子汙染帶到芯片表麵，在經過經過（guò）表麵的（de）缺陷如：護層針孔、裂傷、被覆不良（liáng）處..等，進入半導體原件裏麵，造成腐蝕以及漏電流（liú）..等問題，如果有施加偏壓的話故障更（gèng）容易發（fā）生（shēng）。

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