環境測試

◎ 溫濕度偏壓測試（Temperature Humidity Bias Test，THB）[19]：

參考規範：

◊ JEDEC Standard, JESD22-A101-B, Steady State Temperature Humidity Bias Life Test.

測試目的：

測試產品及其構成材料對高溫、高濕及偏壓的抗變能力。

測試條件：

Tstress=85±2 ℃，RHstress=85±5 % R.H.，Vstress=1.1×Vcc，讀點為 168 hrs、

500 hrs、1000 hrs。

失效機制：

封裝材質電解液腐蝕。

（Electrolytic corrosion, package hermetic）

注意事項：

JDSD-STD：

◊ 電性測試須於出爐後 48 小時內完成，若要續進爐須於 96 小時內進爐。

◎ 高加速溫濕度壓力測試（Highly Accelerate Stress Test，HAST）[20][21]：

參考規範：

◊ JEDEC Standard, JESD22-A110-B, Highly-Accelerated Temperature and Humidity Stress Test (HAST).

◊ JEDEC Standard, JESD22-A118, Accelerated Moisture Resistance Unbiased HAST.

測試目的：

測試產品及其構成材料對高溫、高濕及高壓下的抗變能力。

測試條件：

通常選定 Ts t r e s s=130 ±2 ℃， RHs t r e s s=85 ±5 % R.H.，3 3.3 psi a，

（V_stress=1.1×Vcc），讀點為 96 hrs。

高加速溫濕度壓力測試（HAST），測試條件表，如表 3.1. 所示。

表 3.1. 高加速溫濕度壓力測試條件表（Reference JESD-STD）

Temperature (°C) Relative Humidity (%) Vapor Pressure (psia) Duration (hours) 130 ± 2 85 ± 5 33.3 96 (-0, +2) 110 ± 2 85 ± 5 17.7 264 (-0, +2) psia : pound per square inch absolute

失效機制：

封裝材質電解液腐蝕。

（Electrolytic corrosion, package hermetic）

注意事項：

JESD-STD：

◊ 電電性測試須於出爐後 48 小時內完成，若要續進爐須於 96 小時內進 爐。

◎ 壓力鍋測試（Pressure Cooker Test，PCT）[22]：

參考規範：

◊ JEDEC Standard, JESD22-A102-C, Accelerated Moisture Resistance Unbiased Autoclave.

測試目的：

測試產品及其構成材料對高溫、高濕及高壓下的抗變能力。

測試條件：

T_stress=121±2 ℃，RH_stress=100 % R.H.，29.7 psia，讀點為 96 hrs、168 hrs。

失效機制：

封裝材質電解液腐蝕。

（Electrolytic corrosion, package hermetic）

注意事項：

JESD-STD：

◊ 電性測試不能快於出爐後 2 小時且須於出爐後 48 小時內完成，若要續 進爐須於 96 小時內進爐。

◎ 溫度循環測試（Temperature Cycling Test，TCT）[23][24]：

參考規範：

◊ MIL-STD-883G, Method 1010.8, Temperature Cycling.

◊ JEDEC Standard, JESD22-A104C, Temperature Cycling.

測試目的：

在高低溫變化循環下評估產品對溫度變化的抵抗能力。主要是藉由高低 溫度之變化，來測試產品封裝上不同物質間之不同熱膨脹係數所引起之 故障模式。

溫度循環測試（TCT）主要是利用氣體作為溫度介質，所以又稱做氣體到 氣體（air to air）測試。

測試條件：

通常選用 MIL-STD test condition C 做為實驗條件，即 Thot=150（+15 / -0）

℃，T_cold= -65（+0 / -10）℃，讀點為 200 cycle、500 cycle、1000 cycle。

溫度循環測試（TCT），測試條件表，如表 3.2. 所示。溫度循環狀況表示 圖，如圖 3.1. 所示。

表 3.2. 溫度循環測試條件表（Reference MIL-STD）

Temperature cycling test conditions（℃）

Step Minutes A B C D E F

Cold ≧10 -55 ℃ -55 ℃ -65 ℃ -65 ℃ -65 ℃ -65 ℃ Hot ≧10 85 ℃ 125 ℃ 150 ℃ 200 ℃ 300 ℃ 175 ℃

失效機制：

介電層破裂，導體與絕緣體破裂，不同介層間的脫層，金屬導線的脫層。

（Cracking of dielectrics, rupture of conductors or insulator, delamination at various interfaces, delamination-induced ball bond failures）

圖 3.1. 溫度循環測試示意圖（from MIL-STD）

注意事項：

MIL-STD：

◊ 測試中途有連續中斷超出測試總循環數 10 %以上,此實驗須重做。

◊ 若有冷熱兩槽,其高低溫槽轉換時間須小於 1 分鐘。

◊ 浸泡時間不能少於 10 分鐘,且溫度須於 15 分鐘內達到所設定之溫度。

JESD-STD：

◊ 測試中途有連續中斷超出測試總循環數 10 %以上,此實驗須重做。

◎ 熱衝擊測試（Thermal Shock Test，TST）[25][26]：

參考規範：

◊ MIL-STD-883G, Method 1011.9, Thermal Shock.

◊ JEDEC Standard, JESD22-A106B, Thermal Shock.

測試目的：

在高低溫變化循環下評估產品對溫度變化的抵抗能力。主要是藉由高低 溫度之變化，來測試產品封裝上不同物質間之不同熱膨脹係數所引起之 故障模式。

熱衝擊測試（TST）主要是利用液體作為溫度介質，所以又稱做液體到液 體（liquid to liquid）測試。

測試條件：

通常選用 MIL-STD test condition C 做為實驗條件，即 T_hot=150（+10 / -0）

℃，Tcold= -65（+0 / -10）℃，讀點為 200 cycle、500 cycle、1000 cycle。

熱衝擊測試（TST），測試條件表，如表 3.3. 所示。

表 3.3. 熱衝擊測試條件表（Reference MIL-STD）

Thermal shock test conditions（℃）

Step Minutes A B C

Cold ≧10 -55 ℃ -55 ℃ -65 ℃

Hot ≧10 85 ℃ 125 ℃ 150 ℃

失效機制：

介電層與矽晶片破裂，製程材料的疲乏，導體間機械性置換。

（Cracking of dielectrics or silicon die, fatigue in materials (e.g. bond wires), mechanical displacement of conductors）

注意事項：

MIL-STD：

◊ 測試中途有連續中斷超出測試總循環數 10 %以上,此實驗須重做。

◊ 冷熱兩槽,其高低溫槽轉換時間須小於 10 秒。

◊ 浸泡時間不能少於 2 分鐘,且溫度須於 5 分鐘內達到所設定之溫度。

JESD-STD：

◊ 測試中途有連續中斷超出測試總循環數 10 %以上,此實驗須重做。

◊ 冷熱兩槽,其高低溫槽轉換時間須小於 20 秒。

◎ 高溫儲存測試（High Temperature Storage Test，HTST）[27][28]：

參考規範：

◊ MIL-STD-883G, Method 1008.2, Stabilization Bake.

◊ JEDEC Standard, JESD22-A103C, High Temperature Storage Life.

測試目的：

在不加任何偏壓情況下，藉由高溫來模擬產品於對抗高溫的能力。

測試條件：

通常選用 JESD-STD test condition B 做為實驗條件，即 Thot=150（+15 / -0）

℃，讀點為 168 hrs、500 hrs、1000 hrs。

高溫儲存測試（HTST），測試條件表，如表 3.4. 所示。

表 3.4. 高溫儲存測試條件表（Reference JESD-STD）

High temperature test conditions（℃）

Condition A B C D E F G

Temp 125 ℃ (-0 / +10)

150 ℃ (-0 / +10)

175 ℃ (-0 / +10)

200 ℃ (-0 / +10)

250 ℃ (-0 / +10)

300 ℃ (-0 / +10)

85 ℃ (-0 / +10)

失效機制：

鋁與金間共金介面生成。

（Chemical and diffusion effect, Au-Al intermetallic growth）

注意事項：

MIL-STD：

◊ 實驗結束後須於 96 小時內完成電性測試。

JESD-STD：

◊ 實驗結束後須於 96 小時內完成電性測試。

◎ 低溫儲存測試（Low Temperature Storage Test，LTST）[29]：

參考規範：

◊ JEDEC Standard, JESD22-A119, Low Temperature Storage Life.

測試目的：

在不加任何偏壓情況下，藉由低溫來模擬產品於對抗低溫的能力。

測試條件：

通常選用 JESD-STD test condition B 做為實驗條件，即 T_cold= -55（+0 / -10）

℃，讀點為 168 hrs、500 hrs、1000 hrs。

低溫儲存測試（LTST），測試條件表，如表 3.5. 所示。

表 3.5. 低溫儲存測試條件表（Reference JESD-STD）

High temperature test conditions（℃）

Condition A B C

Temp -40 ℃

(-10 / +0)

-55 ℃ (-10 / +0)

-65 ℃ (-10 / +0)

失效機制：

封裝體的破壞，破裂和破屑。

（Cracking, chipping, or breaking of the package）

注意事項：

JESD-STD：

◊ 實驗結束後須於 96 小時內完成電性測試。

◎ 前置測試（Pre - Condition，Pre - Con）[30][31]：

參考規範：

◊ JEDEC Standard, JESD22A113E, Precondition of Nonhermetic Surface Mount Devices Prior to Reliability Testing.

◊ IPC/JEDEC J-STD-020D, Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid State Surface Mount Devices.

測試目的：

評估表面黏著元件（Surface Mount Device，SMD）包裝的產品在印刷電 路板（Print Circuit Board，PCB）上的焊接與產品運送過程中的熱應力所 造成的效應。

測試流程：

圖 3.2. 前置測試流程圖

Sample prepare

SAT-1 Inspection

Temperature Cycling -65

℃

~ 150

℃

/ 10 cycles

Baking 125

℃

/ 24 hrs

Moisture Soaking

MSL Level 3 : 30

℃

/ 60 % RH, 192 hrs

IR Reflow 260+5/-0

℃

/ 3 Times

Electrical Test

Pre-Condition

Visual Inspection Electrical Test

Finish

SAT-2 Inspection Visual Inspection

圖 3.2. 為 Pre-Condition 驗證的流程圖，步驟為：

◊ 初始目檢（Visual Inspection），以 40X 光學顯微鏡檢驗 IC 外觀及正印

（Mark）是否完整。

◊ 初始電性測試（Electrical Test），測試 IC 功能是否符合規格。

◊ 超音波掃瞄（Scanning Acoustic Tomograph，SAT）[32]，檢查 IC 內部 是否有空洞（Void）、裂痕（Crack）或是脫層（Delam）。

◊ 溫度循環測試（TCT），此項目在模擬 IC 出貨時的環境，可以選擇性的 做與不做，通常都要做。

◊ 高溫烘烤（Bake）24 小時，目的為移除 IC 內部之濕氣。

◊ 溫濕度吸收（Moisture Soaking），主要分為 6 個 Level，如表 3.6. 所示，

通常使用為 Level 1 和 Level 3。

表 3.6. 吸濕程度表（Reference JESD-STD）

FLOOR LIFE STANDARD

Level

TIME CONDITION TIME (hours) CONDITION 1 Unlimited ≤30 °C/85 % RH 168 (+5/-0) 85 °C/85 % RH 2 1 year ≤30 °C/60 % RH 168 (+5/-0) 85 °C/60 % RH 2a 4 weeks ≤30 °C/60 % RH 696 (+5/-0) 30 °C/60 % RH 3 168 hours ≤30 °C/60 % RH 192 (+5/-0) 30 °C/60 % RH 4 72 hours ≤30 °C/60 % RH 96 (+2/-0) 30 °C/60 % RH 5 48 hours ≤30 °C/60 % RH 72 (+2/-0) 30 °C/60 % RH 5a 24 hours ≤30 °C/60 % RH 48 (+2/-0) 30 °C/60 % RH

6 Time on

Label (TOL) ≤30 °C/60 % RH TOL 30 °C/60 % RH

◊ 迴銲爐（IR Reflow），模擬 IC 上印刷電路板時溫度，看是否對 IC 功能 造成影響。迴銲爐（IR Reflow）各區間溫度條件如表 3.7. 與圖 3.3. 所

表 3.7. 迴銲爐溫度曲線分類表（Reference JESD-STD）

Profile Feature Sn-Pb Eutectic Assembly Pb-Free Assembly Preheat & Soak

Temperature min (T

_smin

)

Temperature max (T_smax) Time (T_smin to T_smax)(t_s)

100 °C

150 °C 60-120 seconds

150 °C

200 °C 60-120 seconds

Average ramp-up rate (T

smax

to T

p

) 3 °C/second max.

3 °C/second max.

Liquidous temperature (T

L

)

Time at liquidous (tL)

183 °C

60-150 seconds

217 °C

60-150 seconds

Peak package body temperature (T

_p

)* See classification temp in

Table 3.8.

See classification temp in Table 3.9.

Time (t

p

)** within 5 °C of the

specified classification temperature (T

c

) 20** seconds 30** seconds Average ramp-down rate (T

_p

to T

_smax)

6 °C/second max. 6 °C/second max.

Time 25 °C to peak temperature 6 minutes max. 8 minutes max.

* Tolerance for peak profile temp. (T

p

) is defined as a supplier min. and a user max.

** Tolerance for time at peak profile temp. (t

p

) is defined as a supplier min. and a user max.

◊ 最終目檢（Visual Inspection），以 40X 光學顯微鏡檢驗 IC 外觀及正印

（Mark）是否完整。

◊ 最終電性測試（Electrical Test），測試 IC 功能是否符合規格。

◊ 最終超音波掃瞄（Scanning Acoustic Tomograph，SAT），檢查 IC 內部 是否有空洞（Void）、裂痕（Crack）或是脫層（Delam）。

圖 3.3. 迴銲爐溫度曲線規格圖（Reference JESD-STD）

表 3.8. 與表 3.9. 分別為錫鉛製程及無鉛製程 Reflow 溫度分類。

表 3.8. 錫鉛製程迴銲爐溫度分類表（Reference JESD-STD）

Package Thickness Volume <350 mm

³

Volume ≥350 mm

³

<2.5 mm 235 °C 220 °C

≥2.5 mm 220 °C 220 °C

表 3.9. 無鉛製程迴銲爐溫度分類表（Reference JESD-STD）

Package Thickness Volume < 350 mm

³

Volume 350 ~ 2000 mm

³

Volume > 2000 mm

³

<1.6 mm 260 °C 260 °C 260 °C

1.6 mm ~ 2.5 mm 260 °C 250 °C 245 °C

>2.5 mm 250 °C 245 °C 245 °C

失效機制：

封裝體破裂，脫層。

（Package crack, delamination, procon）

注意事項：

JESD-STD：

◊ 高溫儲存後，須於 2 小時內將樣品放入溫濕度儲存內。

◊ 在溫濕度儲存完成後，不能快過 15 分鐘，且不能慢於 4 小時須完成過 迴銲爐（Reflow）動作。

◊ 過迴銲爐（Reflow）與迴銲爐中間，時間須間隔 5 分鐘以上且不能超 過 60 分鐘。

◊ 如果在溫濕度儲存完成後不能達到上述規定，則實驗須重頭來過。

在文檔中 中 華 大 學 (頁 35-48)