塑封微电路的环境试验.doc
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塑封微电路的环境试验塑封微电路的环境试验 4 41 引 言 10 多年来，由于美国国防部的采办费用不断削减，使气密封装微电路的需求量 大为减少，因而军用和航天用元件制造商的气密封装微电路的产量也随之下降 因此，军用和航天用设备制造商已考虑使用商用塑封微电路这些塑封微电路 必须经受一系列可靠性试验剪裁，以满足其规范的功能要求今天，汽车工业 界每天需要 270 万块塑封微电路用于汽车装配线 由于军用和航天用设备的设计方案所采用的塑封微电路越来越多，诸如元器件 的温度评价、温度循环、热冲击、稳定性焙烤、高加速试验、高压锅试验、盐 雾试验、耐潮性试验、静态与动态老练之类的环境试验在可靠性评价中发挥了 重要作用 1994 年，美国国防部长佩里发布了采办改革的计划——“改革蓝图”，提出了 军用标准和规范的改革政策，要求军用规划管理官员在军用系统中尽量采用商 用部件和性能为基的规范，废除费时和费用高的军用规范和标准佩里指令背 后的另一个因素是军用系统改用商用采办方法 按军用标准和规范生产的气密封装微电路的命运受这一政策的影响很大尽管 气密封装微电路是优选的军用微电路，但其用量正在逐步减少。
不过，军品规 划管理人员并不期望完全依赖商用微电路 2 塑封微电路的历史 由于其结构和材料等因素，塑封微电路最初被认为是较容易失效的产品那时， 这些因素使塑封微电路被限制用于高应力和高可靠的环境中特别是塑料封装 的可靠性低于气密封装的可靠性，其理由如下： ——塑封微电路所用材料的热膨胀系数(CTE)的变化较大，导致温度相关问题的 发生； ——塑封微电路会吸收潮气，导致芯片腐蚀和封装开裂(爆玉米花效应) 在 80 年代之前，由于潮气入侵、腐蚀、开裂和分层，塑封微电路的失效是常见 现象不过，到 80 年代末，由于塑料、模制工艺和芯片加工等技术取得了长足 进展，塑封微电路的早期失效问题已得到基本解决 3 试验程序 下列一些新的和较为常用的环境试验可用来评价塑封微电路的耐环境条件特性； 3.1 温度评价 一般来说，高温试验可加速因制造期间材料组合不当和封装内受到沾污引起的 化学劣化就军事用途来说，－55～125℃的温度范围适合用来评价塑封微电路 的功能度高温还可减缓电路金属内的残余机械应力3.2 温度循环和热冲击 温度循环采用空气－空气调节介质，需要几分钟时间在介质之间转换。
就热冲 击而言，液体－液体介质可提供严酷的温度冲击环境，在两个温度极值之间转 换时和在室温下不需要停机时间 对于上述两个应用来说，军用设备一般需要－65～150℃温度范围温度循环和 热冲击可加速下列失效机理： —键合不良；—材料热失配，比如芯片封装界面； —气密性封装中盖子密封不良； —塑料封装或材料硫化不良，比如环氧树脂芯片粘结； —芯片开裂或衬底安装不当；3.3 稳定性焙烤当电气无偏压塑封微电路经受环境温度条件时，就要对其实行稳定性焙烤这 个程序可加速诸如金属化缺陷、腐蚀、表面不稳定或沾污封装缺陷和电镀缺陷 等失效机理典型的焙烤是按 MIL－STD－883 方法 1008 条件 B 的要求、在 125℃温度下进行3.4 高加速应力试验 高加速应力试验(HAST)是加压的耐潮性试验，它把潮气压入塑封外壳内，同时 让试样在典型工作电压和电流负载下经受静态电偏压条件根据 JEDEC 标准 22～A100 的规定，典型的应用包括 105～140℃的温度范围，85%的相对温度， 17.6～44.5psia 的汽压范围，25～200 小时的持续时间高加速应力试验一般 可识别诸如封装缺陷、钝化和金属化薄弱等失效机理。
这种试验既可在非偏压 条件下也可在功率循环下实施3.5 盐雾试验 盐雾试验用来评价外部镀层，以模拟海岸气氛的影响正如 MIL－STD－883E 方 法 1009 所规定的那样，一般在 95±5的温度下进行盐雾调节，暴露的持续时 间为 24～240 小时3.6 老炼 老炼系指用来提高电子元器件的可接受性和降低失效率的人工老炼在静态老 炼中，DC 偏压在高温下被施加到许多器件结上这种方法有助于识别离子沾污、 反相、沟道形成、氧化物缺陷、金属化缺陷和热激活的表面缺陷动态老炼方 法与静态老炼方法的目标是相同的，也是用来识别上述缺陷不过，在动态老 炼期间，电压脉冲或正弦脉冲被施加到器件的输入上，输出是根据时间或瞬时 电压测出的根据 MIL－STD－883 方法 1015 条件 A－E 的要求，老炼的温度应 为 125℃较常见的惯例是施加不超过器件的最高工作环境温度的温度，以减 弱评价缺陷时的人工老炼强度3.7 耐潮性试验／潮气引起的应力敏感度 耐潮性试验是把器件置于高温和高湿度环境中受试这种试验可识别器件对潮 气引起的应力的敏感度，以便使器件能适当封装、贮存和搬运，以避免机械损 伤。
正如 JEDEC 标准 JESD22－A112 中指出的那样，这种试验的典型温湿度为 85℃和 85%RH3.8 高压锅试验 高压锅试验(或称为加速耐潮性试验)采用严酷的压力、湿度和温度条件来加速 潮气侵入器件中，以评价器件的耐潮性正如 JEDEC 标准 JESD22－A102－B 指 出的那样，典型的试验条件为：温度 121±1℃，相对湿度 100%RH，汽压15±1psig，停机时限为 24～336 小时4 结 论 塑封微电路的环境可靠性试验会继续作为军事和航天用途评价的重要组成部分 它们也说明了环境试验如何在保证塑封微电路能用于苛刻环境时所起的重要作 用塑封微电路将继续在这些工业部门中起重要作用，因为它们结构牢固、尺 寸较小、重量较轻、易损性较低以及费用比陶瓷的低而且，其固体结构能容 易经得起机械冲击、振动和离心力的影响在利用上述好处时，军品设计师和 工程师要注意潜在的风险，因此必须采取适 当的预防措施刘涌 供稿)。
