芯片封装可靠性测试详解

以下文章来源于学习那些事，作者小陈婆婆

可靠性测试

可靠性，作为衡量芯片封装组件在特定使用环境下及一定时间内损坏概率的指标，直接反映了组件的质量状况，本文分述如下

可靠性测试概述

芯片封装成品六项可靠性测试

1可靠性测试概述

可靠性测试的意义

可靠性测试旨在评估产品在特定状态下的寿命影响，确认产品质量是否稳定，并据此进行必要的修正。与功能测试不同，可靠性测试更注重预测产品在长期使用中的表现，从而帮助客户以最快、最经济的方式评估芯片的状况。

可靠性测试的条件与项目

可靠性测试的条件通常与电压、湿度和温度等环境参数有关。不同的可靠性测试项目针对的是不同功能的元器件需求。

常用的可靠性测试项目归类及阐述如下：

温度循环测试：评估芯片封装组件在温度变化下的适应性和稳定性。

湿度测试：检测组件在潮湿环境下的耐腐蚀性和绝缘性能。

电压应力测试：验证组件在电压波动或过载情况下的稳定性和可靠性。

机械强度测试：评估组件在受力情况下的耐久性和抗损坏能力。

其他专项测试：如热冲击测试、盐雾测试等，针对特定应用场景下的可靠性需求。

进行可靠性测试时，封装厂通常会参照以下国际组织的标准和规范：

国际电工委员会（IEC）

美国军规（Mil-std）

国际电子工业联接协会（IPC）

半导体工业标准组织（JEDEC）

日本工业标准协会（JIS）

2芯片封装成品六项可靠性测试

在芯片封装领域，封装厂为确保产品质量，通常会执行一系列可靠性测试。以下是六项常见的可靠性测试项目，每项测试都有其特定的内容与目的：

1. 温度循环测试（Temperature Cycling Test, TCT）

测试内容与目的：通过将封装体暴露在高低温气体转换的环境中，评估封装体抵抗温度差异化的能力。该测试旨在检验芯片产品中不同热膨胀系数的金属间接口的接触良率。

测试条件：常见的测试条件为-65℃至150℃之间往复循环1000次，但具体条件可能因封装厂而异。

失效机制：电路的短路和断路、材料的破坏及结构机械变形。

2. 热冲击测试（Thermal Shock Test, TST）

测试内容与目的：与温度循环测试类似，但通过将封装体暴露于高低温液体的转换环境中来测试其抗热冲击的能力。该测试同样旨在评估金属间接口的接触良率。

测试条件：常见的测试条件与温度循环测试相似，但使用的是液体介质。

失效机制：与温度循环测试相似，包括电路的短路和断路、材料的破坏及结构机械变形。

区别：TCT偏重于芯片封装的测试，而TST偏重于晶圆的测试。

3. 高温储藏试验（High Temperature Storage Test, HTST）

测试内容与目的：通过将封装体长时间暴露于高温环境中，测试其在长期高温状况下的性能稳定性。该测试旨在评估封装体中物质活性增强、物质迁移扩散对电路性能的影响。

测试条件：通常将封装体置于150℃的高温氮气炉中，持续500小时或1000小时。

失效机制：电路的短路和断路、材料的破坏及结构机械变形。

4. 蒸汽锅试（Pressure Cooker Test, PCT）

测试内容与目的：主要测试封装产品抵抗环境湿度的能力，并通过增加压强来缩短测试时间。该测试旨在评估芯片产品在高温、高湿、高压条件下的湿度抵抗能力。

测试条件：通常将封装体置于130℃、85%相对湿度的环境中，并施加2个标准大气压的压力。

失效机制：化学金属腐蚀、封装塑封异常。

5. 加速应力测试（High Accelerated Temperature and Humidity Stress Test, HAST）

测试内容与目的：在高温高湿以及偏压的环境下测试封装体的抗湿度能力。该测试旨在加速芯片产品的失能过程，以评估其在极端条件下的性能稳定性。

测试条件：通常将封装体置于130℃、85%相对湿度的环境中，并施加1.1伏特的偏压和2.3个标准大气压的压力。

失效机制：线路腐蚀、封装塑封异常。

6. Precon测试（Precondition Test）

测试内容与目的：模拟芯片封装完成后运输到下游组装厂装配成最终产品的过程中可能经历的环境变化。该测试旨在了解电子元器件的吸湿状况，并评估其在后续加工过程中的性能稳定性。

测试条件：测试前确认封装电器成品性能无问题，然后进行温度循环测试（如TCT）、吸湿测试和后段焊锡加工过程的模拟。

失效机制：爆米花效应、分层失效等问题，这些问题通常是由于封装体在吸湿后遭遇高温导致内部水分急速膨胀所致。

为突破传统载板生产工艺的瓶颈，引入了类载板制造方法，为硬质载板的生产带来了升级机会，并拓宽了封装厂新材料供应商的选择范围。通过以上措施，可以确保电子产品在长期使用中的稳定性和性能，提高客户满意度，并推动芯片封装行业的持续发展。