今日知識：PCT試驗（yàn）您了解多少？

        半導體封裝出廠研發過程中需要用到PCT試驗。什麽是PCT試（shì）驗呢？PCT試驗（yàn）一般稱為高壓鍋蒸煮試（shì）驗或是飽和（hé）蒸汽試驗（yàn），最主要是（shì）將待測品置於嚴（yán）苛之溫度、飽和濕度（dù）(100%R.H.)[飽和水蒸氣]及壓力環境下測試（shì），測試代測品耐高濕能力，針對印（yìn）刷線路板(PCB&FPC)，用來進行材料（liào）吸濕率試驗、高壓蒸煮試驗..等試驗目的，如果待測品是半導體（tǐ）的話（huà），則用（yòng）來測試半導體封裝之抗（kàng）濕氣能力，待測品被放（fàng）置嚴苛的溫濕度以及壓（yā）力環境下測試，如果半導體封裝的不（bú）好，濕氣會沿者膠體（tǐ）或（huò）膠（jiāo）體（tǐ）與導線架之接口滲入封裝體之中，常見的故裝原（yuán）因：爆米花效應、動金屬化區（qū）域腐蝕造成之（zhī）斷（duàn）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：試驗箱由一個壓力（lì）容器組成，壓力容器包括（kuò）一個能產生100%（潤濕）環境的水加熱（rè）器，待測品經過PCT試（shì）驗（yàn）所出現的不（bú）同（tóng）失效可能是大量水氣凝結滲透所造成的。

      澡盆曲（qǔ）線（xiàn）：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（shì）顯示產品的於不同時期的失效率，主要（yào）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（xiào）期)，以環境試驗的可靠度（dù）試驗箱來說得話，可以分為篩選試驗、加速壽命試驗(耐久性試驗)及失效率試驗（yàn）等。進行可（kě）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（qī）失效（xiào）期(早夭期，Infant   Mortality Region)：不夠完善的生產、存在缺陷的材料、不合（hé）適的環境、不夠完善的設計。

隨機失效期(正（zhèng）常期（qī），Useful Life   Region)：外部震（zhèn）蕩、誤用、環境條件的變化波動、不（bú）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。

      依據美國Hughes航空公司的統計報告顯示，環境應力（lì）造成電子產品故（gù）障的比例來說（shuō），高度占（zhàn）2%、鹽霧占4%、沙塵占（zhàn）6%、振動（dòng）占28%、而溫濕（shī）度去占了高達60%，所以電子（zǐ）產（chǎn）品對（duì）於溫濕度的影響特別顯著，但由於（yú）傳統高溫高濕試驗(如（rú）：40℃/90%R.H.、85℃/85%R.H.、60℃/95%R.H.)所需的時間較長，為了加速材（cái）料的吸（xī）濕速率以及縮短（duǎn）試（shì）驗時間，可使用加速試驗設備(HAST[高度加速壽（shòu）命試驗機]、PCT[高壓鍋])來進行相關試驗，也就所謂的(退化失效期、損耗期)試（shì）驗。θ 10℃法則：討論產（chǎn）品壽命時，一般采用[θ10℃法則（zé）]的表達方（fāng）式，簡單的說明可以表達為[10℃規則]，當周（zhōu）圍環境溫度上升10℃時，產品壽命（mìng）就會減少一半；當周圍環境溫度（dù）上（shàng）升20℃時，產品壽命就會減少到四分之一。這種規則可以說明溫度是如何影響產品壽命(失（shī）效)的，相反的產品的可靠度試（shì）驗時，也可以利用升高環境溫度（dù）來（lái）加速失效現象發（fā）生，進行各（gè）種加速壽命老（lǎo）化試驗。

濕氣所引起（qǐ）的故（gù）障原因：水汽滲入、聚合物材料解聚、聚合物（wù）結合能（néng）力下（xià）降、腐蝕、空洞、線焊點脫開、引線間漏電、芯片與芯片粘片層脫開、焊盤腐蝕、金屬化或引（yǐn）線間短路。

  水汽對電子封裝可靠性（xìng）的影響：腐蝕失效、分（fèn）層和開裂、改變塑（sù）封材料的（de）性質。

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

半導體的PCT測試：PCT最（zuì）主要是測試半導體封裝之抗濕氣能力（lì），待測品被放置（zhì）嚴苛的溫濕度以及（jí）壓力環境下測試（shì），如果半導體封（fēng）裝的不（bú）好，濕氣會沿者膠體或膠體與導線（xiàn）架之（zhī）接口滲入封裝體之中（zhōng），常見的故（gù）裝原因：爆（bào）米花效應、動金屬化區域腐蝕造（zào）成之斷路、封裝體引（yǐn）腳間因汙染造成（chéng）之短路..等相關問題。

  PCT對IC半導體的可靠度評估項（xiàng）目：DA Epoxy、導線（xiàn）架材料、封膠樹脂

腐蝕失效與IC：腐蝕失效(水汽、偏（piān）壓、雜質離子（zǐ）)會造成IC的鋁線發生電化學腐蝕，而導致鋁線開路以及遷移（yí）生長（zhǎng）。

塑封半導體因濕氣（qì）腐蝕而引起的失效現象：

由於鋁和鋁合金（jīn）價格（gé）便宜，加工工藝簡單（dān），因（yīn）此通常被使用為集成電路（lù）的金屬線。從進行集成電路（lù）塑封製（zhì）程開始，水氣便會通過環氧樹脂滲入引起鋁金屬導線產生腐蝕進而產生開路現象，成為質量管理最為頭痛的問題。雖然通過各種改善包括采用不同環氧樹脂（zhī）材料、改進塑封技術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（shì）隨著日新月異的半導體電子器件（jiàn）小型化發展，塑封鋁金屬導線腐蝕問題至今仍然是電子行業非常重要的技術（shù）課題。

鋁線中產生腐蝕過程：

 ① 水氣滲透入塑封殼內→濕（shī）氣滲透到樹脂和（hé）導線間隙之中

 ② 水氣滲透到芯片表麵引（yǐn）起鋁化（huà）學反應

加速鋁腐（fǔ）蝕的因素：

 ①樹脂材料與芯片（piàn）框架接口之間（jiān）連接不夠好(由於各種材料之間存在膨脹（zhàng）率的差異（yì）)

 ②封裝時，封裝材料摻有雜質或者雜質離子的（de）汙（wū）染(由於雜質（zhì）離子（zǐ）的出現)

 ③非活（huó）性塑封膜中所使用的高濃度（dù）磷

 ④非活性塑封膜中存在的缺（quē）陷

爆米花效應(Popcorn Effect)：

說明：原指以塑料外體所封裝的IC，因其（qí）芯片安裝所用的銀膏會吸水，一旦末（mò）加防範而徑行封牢塑體後，在（zài）下遊組裝焊接遭（zāo）遇高溫時，其水分（fèn）將因汽化壓力（lì）而造成封（fēng）體的（de）爆裂，同時還會發出有如爆米花般的聲響，故而得名，當吸收水汽含量高於0.17%時，[爆米花]現象就會發（fā）生。近來十分盛行（háng）P-BGA的封裝組（zǔ）件，不但其中銀（yín）膠會吸水，且連載板之基材也會（huì）吸水，管理不良時也常出現爆（bào）米花現象（xiàng）。

水汽進入（rù）IC封（fēng）裝的途（tú）徑：

1.IC芯片和引線框架及SMT時用的銀（yín）漿所吸收的（de）水

2.塑封料中吸收（shōu）的水分

3.塑（sù）封工作間濕度較高時對（duì）器（qì）件可能造成影響；

4.包封後（hòu）的（de）器件，水汽透過塑封料以及通過塑（sù）封料和引線（xiàn）框架之間隙滲透進去，因為塑料與引線框架（jià）之（zhī）間隻有機械性的結（jié）合，所以（yǐ）在引線框架與塑料之間難免出現小（xiǎo）的空隙。

備注：隻要封膠之間空隙大於（yú）3.4*10^-10m以上，水分子就可穿越封膠的防護

備（bèi）注：氣密（mì）封裝對於水（shuǐ）汽不敏感，一般不采用加（jiā）速溫（wēn）濕度試驗來（lái）評價其可靠性，而是測（cè）定其氣（qì）密性、內部水汽含量（liàng）等。

針對JESD22-A102的PCT試驗說明：

用（yòng）來評價非氣密封裝器件在水汽凝結或飽和水汽環境下抵禦水汽的完整性。

樣品在（zài）高壓下處於凝結的、高濕度環境中，以使水汽進入封裝體內，暴露出封裝中的弱點（diǎn），如分層和金屬化層的腐蝕。該試驗用（yòng）來評價新的封裝結構或（huò）封裝體中材料、設計（jì）的更新。

應該注意，在該試驗中會出現（xiàn）一些與實際應用情況不符的內部或外部失效機製。由於吸收的水汽會降低大多數聚合物材料的玻璃化轉變溫度，當溫度高於玻璃化轉變溫度時，可能會出現非真（zhēn）實的失效模式。

外引（yǐn）腳錫短路：封裝體外引腳因濕（shī）氣引（yǐn）起之電離（lí）效應，會造成離子遷移不正常生長，而導致引腳（jiǎo）之間發生短路現象。

濕氣造成封裝體內（nèi）部腐蝕（shí）：濕氣經過封裝過程所造成的（de）裂傷，將外部的離（lí）子汙（wū）染帶到芯片表麵，在經過經過（guò）表（biǎo）麵的缺陷如：護層針孔、裂傷（shāng）、被覆（fù）不良處..等，進入半導（dǎo）體原件（jiàn）裏麵（miàn），造成腐蝕以及漏電流..等問題，如果有（yǒu）施加偏壓的話故障更容易發生。

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