第二章 文獻探討
2.5 電子構裝之可靠度分析
IC
測 試 主 要 分 為 晶 圓 測 試(Wafer Probing)
及 成 品 測 試(Final
Testing)
兩部分，其中晶圓測試是在IC
尚未封裝前以探針做簡單的功能測試，以避開不良品，減少不必要的封裝成本投入；成品測試是在
IC
封裝後用於確認IC
功能、速度、容忍度、電力消耗屬性是否正常，因此電子構裝可靠度測試的項目及複雜度也較晶圓測試來的多及複 雜，所使用的測試機台也較為高階，對各家
IC
廠而言，代表著商譽是 否能夠持續累積，而不至於有不良品落於客戶手中。在晶圓測試的部 分可以由晶圓製造廠完成，或是由客戶自己、或交由專業測試廠承 做。而成品測試部分，有不少比例是留在客戶自己完成，交由專業測 試廠的比重則依產品屬性的不同，則其考量點為時間效益(Time to Market)
、價格成本的考量。在電子構裝測試部分，可靠度
(Reliability)
是一個非常重要的指 標，可靠度可以定義為一個電子元件或電子組裝產品在其設計的使用將一個電子元件或一個電子構裝的故障率
(Failure Rate)
繪出，可以得 到一個浴缸曲線，整個曲線可以分為三個部分，分別為早夭期(Infant Mortality)
；穩定期(Steady-State)
；耗損期(Wearout)
。早夭期主要為製 造過程中產生之偶發性缺陷，在使用初期即導致產品故障，因實際缺 陷品數量會逐漸隨著時間消耗，失效率會呈逐漸降趨勢；穩定期為電 子元件或組裝產品在某一段時間內的故障率維持一定；耗損期為電子 元件或一個電子組裝產品在某一個時間內的故障率會持續增加，一直 到所有產品全部故障為止。對可靠度影響最直接的為環境因子如溫度變化、溫度、濕度、機
械應力、電壓及輻射
…
等，針對構裝元件可靠度的評估方式，美國軍 方或英國British Telecom
等公家單位皆制訂標準流程，如Military
Standard 883E
或從軍事規格衍生出相類似的可靠度測試規範，如JEDEC
、IPC
，其他如AT&T
、Ericson
、Siemens
、IBM
等公司本身均 有發展相關電子產品或元件可靠度規範。不論是政府或是私人的測試 規範，評估的方法流程主要是建立在實際應用環境下回收之使用數據 及過去加速測試結果進行修正改善所得的經驗法則。可靠度測試主要是針對構裝元件在各種的使用環境下進行模
擬，以得到發生失效現象及失效率同時經由測試期間所產生的破壞模 式、位置及機制的分析，可以進一步改善設計、材料及製程參數，以
強化可靠度效能。下面介紹一些常用的加速可靠度測試：
1.
前處理(Precondition Test)
主要是模擬構裝元件在開始使用前所經歷的運輸、儲存、迴銲
…
等過程所感受的應力。2.
溫度循環測試(Thermal Cycling Test)
利用構裝結構不同材料膨脹係數差異，加強其因為溫度快速變 化所產生的熱應力對元件造成劣化影響，測試溫度由最嚴苛的
-55
℃至150
℃到溫和的0
℃至100
℃皆有。3.
熱衝擊測試(Thermal Shock Test)
和溫度循環測試一般，因為膨脹係數差異所引起的劣化作用，
主要差別為升降溫速率較為快速及高低溫區域停留時間較短，
大步採用雙槽液態升降溫的方式以快速達到恆溫狀態。
4.
熱功率循環測試(Power Cycling Test)
測試構裝元件因開關所引起之溫度變化。最高接點溫度多控制 在
120
℃至150
℃之間。5.
恆溫恆濕偏壓設計(Temperature/Humidity/Bias Test)
測試構裝元 件在潮濕環境的抗蝕性，在高溫(85
℃)
及高濕度(85%RH)
環境下 反覆施加正負電壓(5V)
於元件上，加速內部金屬腐蝕速率，通 常測試時間為1000
小時。6.
壓力釜設計(Pressure Cook Test)
判斷元件本身抗濕抗蝕的能力，在
121
℃、2
大氣壓飽和蒸氣壓 力下進行長時間的浸泡測試，時間為96-168
小時，主要破壞機 制是由於封閉不良而導致晶片金屬線路腐蝕及環境污染問題所 造成。7.
高溫高壓未飽和蒸氣加速測試(Highly Accelerated Stress Test)
為快速進行的嚴苛環境測試的方法，在130
℃/85%
相對濕度 下，將測試槽內水蒸氣壓提升至遠高於構裝內部水氣的狀況，進行濕氣對構裝完整性評估。
8.
高溫儲存測試(High Temperature Storage Test)
用於判斷電子元件在長期高溫作用下構裝元件劣化狀況，通常 測試方法為在未外加電壓下進行
150
℃/1008
小時的烘烤。表
2-2
為一個總整理，在加速測驗結束後，需要評估構裝元件失效的程度，失效評估技術可以分為非破壞性檢測及破壞性檢測兩種，
其目的主要勢將失效位置確定、物性及化性評估及失效原因判斷。非 破 壞 性 檢 測 有 電 性 量 測 、 超 音 波 檢 測
(Ultrasound)
及 微 焦X
光(Micro-focus X-ray)
，而破壞性檢測試將元件封裝膠去除後才可以清 楚觀察晶片表面、金線及其接點是否有異常的情況以判斷失效模式、機制、位置及程度，從這些所得到的資訊可以與設計部門合作，在材
料選擇、產品設計
…
等尋求適當的解決方案，以壓縮設計開發及測試 時間和成本。表2-2 各項可靠度測試之方法及條件
項目 原理、目的 方法 失效機制 附註
Power Cycling
電源週期性的
Temp. Cycling
熱膨脹係數差
Vibration 測試堅固程度
劣化原有缺陷
Temperature/
Humidity/
Pressure Cook Test Accelerated Stress Testing
測試抗濕抗蝕