今日知識：PCT試驗您（nín）了解多少？

        半導體封裝出廠研發過（guò）程中需要用到PCT試驗。什麽是PCT試驗呢（ne）？PCT試驗一般稱為高壓鍋蒸煮試驗或是飽（bǎo）和蒸汽試驗，最主要是將待（dài）測品（pǐn）置（zhì）於嚴苛之溫度、飽和濕（shī）度(100%R.H.)[飽和水蒸氣]及壓力環境下測（cè）試，測（cè）試代測品耐高濕能力，針對印刷線路板(PCB&FPC)，用來進行材料吸濕率試驗、高壓蒸煮試驗..等試驗目的，如果待測品是半導體的話，則用來測試（shì）半導體封裝之抗濕氣能力，待測品被放置嚴苛的（de）溫濕度以及壓力環境下測試，如果半導（dǎo）體（tǐ）封裝的不好，濕（shī）氣會沿者膠體或膠體與導線架之接口滲入（rù）封裝體（tǐ）之中，常見的故裝原因：爆米花（huā）效應、動金屬化區域腐蝕造成之斷（duàn）路、封裝（zhuāng）體引腳（jiǎo）間因汙染（rǎn）造成之短路..等相關問題。

       壓力（lì）蒸煮鍋試驗(PCT)結構：試驗箱由一個壓力容器組成，壓力容器包括一個能產生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大（dà）量水氣凝結（jié）滲透所造成的。

      澡盆（pén）曲線（xiàn）：澡（zǎo）盆曲線(Bathtub curve、失效時期)，又用稱為浴缸曲線、微笑曲線，主要是顯示產品的於不同時期的失效率（lǜ），主要包含早夭期(早期失效期)、正常期(隨機失效期)、損（sǔn）耗期(退化失效期)，以環境試驗的可靠度試驗箱來（lái）說得話（huà），可以分為篩選試驗、加速壽命試驗(耐久性試驗)及失（shī）效率試驗等。進（jìn）行可靠性試（shì）驗時"試驗設計"、"試驗（yàn）執行"及（jí）"試（shì）驗分析"應作為一個整體來綜合考慮。

  常（cháng）見失效（xiào）時期：

早期失效期(早夭期，Infant   Mortality Region)：不（bú）夠完善的生產、存在缺陷的材料、不合適的環境、不夠完善的設計。

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（bō）動、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。

      依據美國Hughes航空公（gōng）司的統計報告顯示，環境應力造成電子產品故障的（de）比（bǐ）例來說，高度占（zhàn）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（yú）溫濕度的影響特別顯著，但由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（jiān）較長，為了（le）加速材料的吸濕速率以及（jí）縮短試驗時間，可使用加速試驗設（shè）備(HAST[高（gāo）度加速壽（shòu）命試（shì）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)試驗。θ 10℃法則：討論產品壽命時，一（yī）般采（cǎi）用[θ10℃法則]的（de）表達方式，簡（jiǎn）單的說明可以表達為[10℃規則]，當（dāng）周圍環境溫度上升10℃時，產品壽命就會減少一半；當周圍環境溫度上升20℃時，產品壽命就會減少到（dào）四分（fèn）之一。這種規則可以說明溫（wēn）度是如何影響產品壽命(失效)的，相反的（de）產品的可靠度試驗時，也可以利用升高環境溫度（dù）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（gù）障原因：水汽滲入、聚（jù）合物材料解聚、聚合（hé）物結合能力下降、腐蝕、空洞、線焊點脫開、引線間漏電、芯片與芯（xīn）片粘片層脫開、焊盤腐蝕、金（jīn）屬化或（huò）引（yǐn）線（xiàn）間（jiān）短路。

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

  PCT對PCB的故障模（mó）式：起泡(Blister)、斷裂(Crack)、止焊漆（qī）剝（bāo）離(SR   de-lamination)。

半導體的PCT測試：PCT最主要（yào）是測試半導體（tǐ）封裝之抗濕氣（qì）能力，待測品被放置嚴苛的溫濕度以及壓力環境下測試，如果半（bàn）導體封裝的不好，濕氣會沿者膠體或（huò）膠（jiāo）體與導線架之接口滲入封裝（zhuāng）體之中，常見的故裝原（yuán）因：爆米花效應、動（dòng）金屬化區域腐（fǔ）蝕造成之斷（duàn）路、封裝體（tǐ）引腳間因汙染造成之短路..等相關問（wèn）題。

  PCT對IC半導（dǎo）體的可靠度評估項目：DA Epoxy、導線架材料、封膠（jiāo）樹脂

腐蝕失效與IC：腐蝕失效(水汽、偏壓、雜質離子)會造成IC的鋁（lǚ）線發（fā）生電化學腐蝕，而導致鋁線開路以及遷移生長。

塑封半（bàn）導（dǎo）體因濕氣腐蝕而（ér）引起的失效現象：

由於鋁和鋁（lǚ）合金價格便宜，加工工藝簡（jiǎn）單（dān），因此通常（cháng）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，水氣便會通過環（huán）氧樹脂滲入引起鋁金屬導線產生腐蝕進而產生開路（lù）現象（xiàng），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（yòng）不同（tóng）環氧樹脂材料、改進塑（sù）封技術和提高非（fēi）活性塑（sù）封膜為提高（gāo）產質量量進（jìn）行了各種努力（lì），但（dàn）是隨著日（rì）新月異的（de）半導體（tǐ）電（diàn）子器件小型化發展，塑封鋁金屬（shǔ）導線（xiàn）腐蝕問題至今仍然是（shì）電子（zǐ）行業非（fēi）常重要的技術課題。

鋁線中產生腐蝕過程：

 ① 水（shuǐ）氣滲透入塑封殼（ké）內→濕氣滲透到（dào）樹脂和（hé）導線（xiàn）間隙之中

 ② 水氣滲透到芯片表麵引起鋁化學反應（yīng）

加速鋁腐蝕的因素：

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

 ②封裝時，封裝材料摻有雜質或（huò）者雜質離子的汙（wū）染(由於（yú）雜質離子的出現)

 ③非活性塑封（fēng）膜中所使用的高濃度磷

 ④非活性塑封膜中存在（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，因其芯片安（ān）裝所用的銀膏會吸水，一旦末加防（fáng）範而徑行封牢塑體後，在下遊組裝焊接遭遇（yù）高溫時（shí），其（qí）水（shuǐ）分將因汽化壓力而造成封體的爆裂，同時還會發出有如（rú）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（huì）發生（shēng）。近來十分盛行P-BGA的封裝組件，不但其中（zhōng）銀膠會吸水，且連載板之基材（cái）也會吸水，管理不良時也常（cháng）出（chū）現爆米花現象。

水汽進入IC封裝的途徑：

1.IC芯片和引線框架及SMT時用的銀漿所吸收的水

2.塑封料中吸收的（de）水分

3.塑封工作間濕（shī）度（dù）較高時對器件可（kě）能造成影響；

4.包封後（hòu）的（de）器件，水（shuǐ）汽透過塑封料以及通過塑封料和引線框架之間隙滲透進去，因為塑料（liào）與引線（xiàn）框架之間隻有機械性的結合，所以在引線框架與塑料之間難免出現小的空隙。

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

備注：氣（qì）密封（fēng）裝對於水汽不（bú）敏感，一般不采用（yòng）加速溫濕度試驗來評價（jià）其可靠性（xìng），而是測定其氣密性、內部水汽含量等（děng）。

針對JESD22-A102的PCT試（shì）驗說明：

用（yòng）來評價非（fēi）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（wán）整性。

樣品在高壓下處於凝結的、高濕（shī）度環境中，以使水汽進入封裝體內，暴露出封裝中的弱點，如分層和（hé）金屬化層（céng）的腐蝕。該試驗用來評價新的封裝（zhuāng）結構或封裝體中材料、設計的更新（xīn）。

應該注意，在該試驗中會出現一些與實際應用情況不符的內部或（huò）外（wài）部失效機製（zhì）。由於吸收的水汽會降低大（dà）多（duō）數聚合物材料的玻璃（lí）化轉變溫度，當溫度高於玻璃（lí）化（huà）轉（zhuǎn）變溫度時，可能會出現非真實的失效模式。

外（wài）引腳錫（xī）短路：封裝體外（wài）引腳因濕氣引起之電離效應，會（huì）造成離子（zǐ）遷移（yí）不正常生長，而導致引腳之間發生短路現象。

濕氣（qì）造成封裝體內部腐蝕：濕氣經過封裝過程所造成的裂傷，將外部（bù）的離子汙染帶到芯片表麵，在經過經（jīng）過（guò）表（biǎo）麵的缺陷如：護層針孔、裂傷、被覆不良處..等，進（jìn）入半（bàn）導體原件裏麵，造成腐蝕以及漏電流..等問題，如果有施加偏壓的話（huà）故障更容（róng）易發生。

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