高压加速寿命试验（PCT）在芯片等塑封器件可靠性评价中的应用

摘要：一般塑封器件的失效可分为早期失效和使用期失效,前者多是由设计或工艺失误造成的质量缺陷所致,可通过常规电性能检测和筛选来判别。后者则是由器件的潜在缺陷引起的,潜在缺陷的行为与时间和应力有关,经验表明,受潮、腐蚀、机械应力、电过应力和静电放电等产生的失效占主导地位

一般塑封器件的失效可分为早期失效和使用期失效,前者多是由设计或工艺失误造成的质量缺陷所致,可通过常规电性能检测和筛选来判别。后者则是由器件的潜在缺陷引起的,潜在缺陷的行为与时间和应力有关,经验表明,受潮、腐蚀、机械应力、电过应力和静电放电等产生的失效占主导地位。

国高材分析测试中心

高压加速老化试验箱(PCT)

PCT是pressure cooker test的英文简称，指高压加速老化寿命试验，也称为压力锅蒸煮试验或是饱和蒸汽试验。最主要是将待测品置于严苛之温度、饱和湿度(100%.H.饱和水蒸气及压力环境下测试,测试待测品耐高湿能力,针对印刷线路板(PCB/FPC),用来进行材料吸湿率试验、高压蒸煮试验等试验目的,如果待测品是半导体的话。则用来测试半导体封装之抗湿气能力,待测品被放置严苛的温湿度以及压力环境下测试,如果半导体封装的不好,湿气会沿者胶体或胶体与导线架之接口渗入封装体之中,常见的故装原因:爆米花效应、动金属化区域腐蚀造成之断路、封装体引脚间因污染造成之短路等相关问题。

适用范围

适用于航天、汽车部件、电子零配件、高分子材料、磁性材料、制药、线路板（PCB）、IC半导体、LCD、灯饰、光伏组件等行业相关产品。

可以评估：

1）印刷线路板材料的吸湿率试验、耐高湿能力；

2）半导体封装之抗湿能力；

3）加速老化寿命试验，提高环境应力(如温度)与工作应力(施加给产品的电压、负荷等)，使产品在设计阶段快速暴露其缺陷和薄弱环节从而加快试验过程，缩短产品或系统的寿命试验时间，降低了试验成本，提高产品的可靠性。

常见失效原因

1）腐蚀失效与IC

腐蚀失效(水汽、偏压、杂质离子)会造成IC的铝线发生电化学腐蚀,而导致铝线开路以及迁移生长。

2）塑封半导体因湿气腐蚀而引起的失效现象

铝及铝合金因其成本低廉且易于加工，常被选作集成电路的内部互连材料。然而，自芯片塑封工艺启动后，湿气会通过环氧树脂逐渐渗透，引发电化学腐蚀，造成铝导线损坏甚至断路，成为质量管控中的主要难题。尽管业界已尝试多种改进方案，例如选用新型环氧树脂、优化塑封工艺以及提升钝化层性能等，以增强产品可靠性，但在半导体器件持续微型化的趋势下，铝导线腐蚀问题迄今仍是制约电子技术发展的关键挑战之一。

3）10℃法则

在分析产品寿命时，常引用“10℃法则”这一经验规律。该法则指出，环境温度每升高10℃，产品的使用寿命便会减半；若温度升高20℃，寿命则会降至原来的四分之一。这一规律清晰地揭示了温度对产品寿命（及失效）的显著影响。基于此，在产品可靠性测试中，常通过提高环境温度来加速失效机制的出现，从而实施各类加速老化与寿命试验

4）湿气所引起的故障原因

水汽渗入、聚合物材料解聚、聚合物结合能力下降、腐蚀、空洞、线焊点脱开、引线间漏电、芯片与芯片粘片层脱开、焊盘腐蚀、金属化或引线间短路水汽对电子封装可靠性的影响:腐蚀失效分层和开裂、改变塑封材料的性质。

5）铝线中产生腐蚀过程

①水气渗透入塑封壳内→湿气渗透到树脂和导线间隙之中

②水气渗透到芯片表面引起铝化学反应

加速铝腐蚀的因素:

①树脂材料与芯片框架接口之间连接不够好(由于各种材料之间存在膨胀率的差异)

②封装时,封装材料掺有杂质或者杂质离子的污染(由于杂质离子的出现)

③非活性塑封膜中所使用的高浓度磷

④非活性塑封膜中存在的缺陷

6）爆米花效应(Popcorn Effect)

“爆米花”现象特指采用塑料封装的集成电路（IC）所面临的一种典型故障。其成因在于芯片粘贴时使用的银基膏状粘合剂易吸收环境湿气。若封装前未充分除湿，在后续组装焊接的高温环节，内部水分会因急剧汽化产生强大压力，最终导致封装壳体胀裂，并伴随类似爆米花的爆裂声，该现象由此得名。研究表明，当封装体吸收的湿气含量超过0.17%时，就极有可能引发“爆米花”效应。

近年来广泛应用的P-BGA（塑封球栅阵列）封装器件对此更为敏感。其内部不仅银胶会吸湿，连承载芯片的有机基板本身也易吸收水分。如果存储和生产过程中的湿度管控不当，“爆米花”现象便频繁发生。