PCT高溫高壓蒸汽滅菌鍋的測(cè)試目的及應(yīng)用

更新時(shí)間：2010-08-30

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PCT高溫高壓蒸汽滅菌鍋的測(cè)試目的及應(yīng)用

說(shuō)明： PCT試驗(yàn)一般稱(chēng)為壓力鍋蒸煮試驗(yàn)或是飽和蒸汽試驗(yàn)，主要是將待測(cè)品置于嚴(yán)苛之溫度、飽和濕度（R.H.）[飽和水蒸氣]及壓力環(huán)境下測(cè)試，測(cè)試代測(cè)品耐高濕能力，針對(duì)印刷線(xiàn)路板（PCB&FPC），用來(lái)進(jìn)行材料吸濕率試驗(yàn)、高壓蒸煮試驗(yàn)..等試驗(yàn)?zāi)康模绻郎y(cè)品是半導(dǎo)體的話(huà)，則用來(lái)測(cè)試半導(dǎo)體封裝之抗?jié)駳饽芰Γ郎y(cè)品被放置嚴(yán)苛的溫濕度以及壓力環(huán)境下測(cè)試，如果半導(dǎo)體封裝的不好，濕氣會(huì)沿者膠體或膠體與導(dǎo)線(xiàn)架之接口滲入封裝體之中，常見(jiàn)的故裝原因：爆米花效應(yīng)、動(dòng)金屬化區(qū)域腐蝕造成之?dāng)嗦贰⒎庋b體引腳間因污染造成之短路..等相關(guān)問(wèn)題。

PCT對(duì)PCB的故障模式：起泡（Blister）、斷裂（Crack）、止焊漆剝離（SR de-lamination）。

半導(dǎo)體的PCT測(cè)試： PCT主要是測(cè)試半導(dǎo)體封裝之抗?jié)駳饽芰Γ郎y(cè)品被放置嚴(yán)苛的溫濕度以及壓力環(huán)境下測(cè)試，如果半導(dǎo)體封裝的不好，濕氣會(huì)沿者膠體或膠體與導(dǎo)線(xiàn)架之接口滲入封裝體之中，常見(jiàn)的故裝原因：爆米花效應(yīng)、動(dòng)金屬化區(qū)域腐蝕造成之?dāng)嗦?、封裝體引腳間因污染造成之短路..等相關(guān)問(wèn)題。
PCT對(duì)IC半導(dǎo)體的可靠度評(píng)估項(xiàng)目：DA Epoxy、導(dǎo)線(xiàn)架材料、封膠樹(shù)脂
腐蝕失效與IC：腐蝕失效（水汽、偏壓、雜質(zhì)離子）會(huì)造成IC的鋁線(xiàn)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，而導(dǎo)致鋁線(xiàn)開(kāi)路以及遷移生長(zhǎng)。

塑封半導(dǎo)體因濕氣腐蝕而引起的失效現(xiàn)象：
由于鋁和鋁合金價(jià)格便宜，加工工藝簡(jiǎn)單，因此通常被使用爲(wèi)集成電路的金屬線(xiàn)。從進(jìn)行集成電路塑封制程開(kāi)始，水氣便會(huì)通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂滲入引起鋁金屬導(dǎo)線(xiàn)産生腐蝕進(jìn)而産生開(kāi)路現(xiàn)象，成爲(wèi)質(zhì)量管理爲(wèi)頭痛的問(wèn)題。雖然通過(guò)各種改善包括采用不同環(huán)氧樹(shù)脂材料、改進(jìn)塑封技術(shù)和提高非活性塑封膜爲(wèi)提高産質(zhì)量量進(jìn)行了各種努力，但是隨著日新月異的半導(dǎo)體電子器件小型化發(fā)展，塑封鋁金屬導(dǎo)線(xiàn)腐蝕問(wèn)題至今仍然是電子行業(yè)非常重要的技術(shù)課題。

壓力蒸煮鍋試驗(yàn)（PCT）結(jié)構(gòu)：試驗(yàn)箱由一個(gè)壓力容器組成，壓力容器包括一個(gè)能産生（潤(rùn)濕）環(huán)境的水加熱器，待測(cè)品經(jīng)過(guò)MAXCNA品源環(huán)試PCT試驗(yàn)所出現(xiàn)的不同失效可能是大量水氣凝結(jié)滲透所造成的。
澡盆曲線(xiàn)：澡盆曲線(xiàn)（Bathtub curve、失效時(shí)期），又用稱(chēng)為浴缸曲線(xiàn)、微笑曲線(xiàn)，主要是顯示產(chǎn)品的于不同時(shí)期的失效率，主要包含早夭期（早期失效期）、正常期（隨機(jī)失效期）、損耗期（退化失效期），以環(huán)境試驗(yàn)的可靠度試驗(yàn)箱來(lái)說(shuō)得話(huà)，可以分爲(wèi)篩選試驗(yàn)、加速壽命試驗(yàn)（耐久性試驗(yàn)）及失效率試驗(yàn)等。進(jìn)行可靠性試驗(yàn)時(shí)"試驗(yàn)設(shè)計(jì)"、"試驗(yàn)執(zhí)行"及"試驗(yàn)分析"應(yīng)作爲(wèi)一個(gè)整體來(lái)綜合考慮。

常見(jiàn)失效時(shí)期：
早期失效期（早夭期，Infant Mortality Region）：不夠完善的生産、存在缺陷的材料、不合適的環(huán)境、不夠完善的設(shè)計(jì)。
隨機(jī)失效期（正常期，Useful Life Region）：外部震蕩、誤用、環(huán)境條件的變化波動(dòng)、不良抗壓性能。
退化失效期（損耗期，Wearout Region）：氧化、疲勞老化、性能退化、腐蝕。

環(huán)境應(yīng)力與失效關(guān)系圖說(shuō)明：
依據(jù)美國(guó)Hughes公司的統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示，環(huán)境應(yīng)力造成電子產(chǎn)品故障的比例來(lái)說(shuō)，高度占2%、鹽霧占4%、沙塵占6%、振動(dòng)占28%、而溫濕度去占了高達(dá)60%，所以電子產(chǎn)品對(duì)于溫濕度的影響特別顯著，但由于傳統(tǒng)高溫高濕試驗(yàn)（如：40℃/90%R.H.、85℃/85%R.H.、60℃/95%R.H.）所需的時(shí)間較長(zhǎng)，為了加速材料的吸濕速率以及縮短試驗(yàn)時(shí)間，可使用加速試驗(yàn)設(shè)備（HAST[高度加速壽命試驗(yàn)機(jī)]、PCT[壓力鍋]）來(lái)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，也就所謂的（退化失效期、損耗期）試驗(yàn)。艾思荔PCT試驗(yàn)箱

θ 10℃法則：討論産品壽命時(shí)，一般采用[θ10℃法則]的表達(dá)方式，簡(jiǎn)單的說(shuō)明可以表達(dá)爲(wèi)[10℃規(guī)則]，當(dāng)周?chē)h(huán)境溫度上升10℃時(shí)，産品壽命就會(huì)減少一半；當(dāng)周?chē)h(huán)境溫度上升20℃時(shí)，産品壽命就會(huì)減少到四分之一。
這種規(guī)則可以說(shuō)明溫度是如何影響産品壽命（失效）的，相反的產(chǎn)品的可靠度試驗(yàn)時(shí)，也可以利用升高環(huán)境溫度來(lái)加速失效現(xiàn)象發(fā)生，進(jìn)行各種加速壽命老化試驗(yàn)。

濕氣所引起的故障原因：水汽滲入、聚合物材料解聚、聚合物結(jié)合能力下降、腐蝕、空洞、線(xiàn)焊點(diǎn)脫開(kāi)、引線(xiàn)間漏電、芯片與芯片粘片層脫開(kāi)、焊盤(pán)腐蝕、金屬化或引線(xiàn)間短路。
水汽對(duì)電子封裝可靠性的影響：腐蝕失效、分層和開(kāi)裂、改變塑封材料的性質(zhì)。

鋁線(xiàn)中産生腐蝕過(guò)程：
① 水氣滲透入塑封殼內(nèi)→濕氣滲透到樹(shù)脂和導(dǎo)線(xiàn)間隙之中
② 水氣滲透到芯片表面引起鋁化學(xué)反應(yīng)

加速鋁腐蝕的因素：
①樹(shù)脂材料與芯片框架接口之間連接不夠好（由于各種材料之間存在膨脹率的差異）
②封裝時(shí)，封裝材料摻有雜質(zhì)或者雜質(zhì)離子的污染（由于雜質(zhì)離子的出現(xiàn)）
③非活性塑封膜中所使用的高濃度磷
④非活性塑封膜中存在的缺陷

爆米花效應(yīng)（Popcorn Effect）：
說(shuō)明：原指以塑料外體所封裝的IC，因其芯片安裝所用的銀膏會(huì)吸水，一旦末加防范而徑行封牢塑體后，在下游組裝焊接遭遇高溫時(shí)，其水分將因汽化壓力而造成封體的爆裂，同時(shí)還會(huì)發(fā)出有如爆米花般的聲響，故而得名，當(dāng)吸收水汽含量高于0.17%時(shí)，[爆米花]現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生。近來(lái)十分盛行P-BGA的封裝組件，不但其中銀膠會(huì)吸水，且連載板之基材也會(huì)吸水，管理不良時(shí)也常出現(xiàn)爆米花現(xiàn)象。

水汽進(jìn)入IC封裝的途徑：
1.IC芯片和引線(xiàn)框架及SMT時(shí)用的銀漿所吸收的水
2.塑封料中吸收的水分
3.塑封工作間濕度較高時(shí)對(duì)器件可能造成影響；
4.包封后的器件，水汽透過(guò)塑封料以及通過(guò)塑封料和引線(xiàn)框架之間隙滲透進(jìn)去，因?yàn)樗芰吓c引線(xiàn)框架之間只有機(jī)械性的結(jié)合，所以在引線(xiàn)框架與塑料之間難免出現(xiàn)小的空隙。
備注：只要封膠之間空隙大于3.4*10^-10m以上，水分子就可穿越封膠的防護(hù)
備注：氣密封裝對(duì)于水汽不敏感，一般不采用加速溫濕度試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)其可靠性，而是測(cè)定其氣密性、內(nèi)部水汽含量等。

針對(duì)JESD22-A102的PCT試驗(yàn)說(shuō)明：
用來(lái)評(píng)價(jià)非氣密封裝器件在水汽凝結(jié)或飽和水汽環(huán)境下抵御水汽的完整性。
樣品在高壓下處于凝結(jié)的、高濕度環(huán)境中，以使水汽進(jìn)入封裝體內(nèi)，出封裝中的弱點(diǎn)，如分層和金屬化層的腐蝕。該試驗(yàn)用來(lái)評(píng)價(jià)新的封裝結(jié)構(gòu)或封裝體中材料、設(shè)計(jì)的更新。
應(yīng)該注意，在該試驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)一些與實(shí)際應(yīng)用情況不符的內(nèi)部或外部失效機(jī)制。由于吸收的水汽會(huì)降低大多數(shù)聚合物材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，當(dāng)溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)非真實(shí)的失效模式。

外引腳錫短路：封裝體外引腳因濕氣引起之電離效應(yīng)，會(huì)造成離子遷移不正常生長(zhǎng)，而導(dǎo)致引腳之間發(fā)生短路現(xiàn)象。

濕氣造成封裝體內(nèi)部腐蝕：濕氣經(jīng)過(guò)封裝過(guò)程所造成的裂傷，將外部的離子污染帶到芯片表面，在經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)表面的缺陷如：護(hù)層針孔、裂傷、被覆不良處..等，進(jìn)入半導(dǎo)體原件里面，造成腐蝕以及漏電流..等問(wèn)題，如果有施加偏壓的話(huà)故障更容易發(fā)生。

PCT試驗(yàn)條件（整理PCB、PCT、IC半導(dǎo)體以及相關(guān)材料有關(guān)于PCT[蒸汽鍋測(cè)試]的相關(guān)測(cè)試條件）

試驗(yàn)名稱(chēng)	溫度	濕度	時(shí)間	檢查項(xiàng)目&補(bǔ)充說(shuō)明
JEDEC-22-A102	121℃	R.H.	168h	其它試驗(yàn)時(shí)間：24h、48h、96h、168h、240h、336h
IPC-FC-241B-PCB銅張積層板的拉剝強(qiáng)度試驗(yàn)	121℃	R.H.	100 h	銅層強(qiáng)度要在 1000 N/m
IC-Auto Clave試驗(yàn)	121℃	R.H.	288h
低介電高耐熱多層板	121℃	R.H.	192h
PCB塞孔劑	121℃	R.H.	192h
PCB-PCT試驗(yàn)	121℃	R.H.	30min	檢查：分層、氣泡、白點(diǎn)
無(wú)鉛焊錫加速壽命1	100℃	R.H.	8h	相當(dāng)于高溫高濕下6個(gè)月，活化能=4.44eV
無(wú)鉛焊錫加速壽命2	100℃	R.H.	16h	相當(dāng)于高溫高濕下一年，活化能=4.44eV
IC無(wú)鉛試驗(yàn)	121℃	R.H.	1000h	500小時(shí)檢查一次
液晶面板密合性試驗(yàn)	121℃	R.H.	12h
金屬墊片	121℃	R.H.	24h
半導(dǎo)體封裝試驗(yàn)	121℃	R.H.	500、1000 h
PCB吸濕率試驗(yàn)	121℃	R.H.	5、8h
FPC吸濕率試驗(yàn)	121℃	R.H.	192h
PCB塞孔劑	121℃	R.H.	192h
低介電率高耐熱性的多層板材料	121℃	R.H.	5h	吸水率小于0.4～0.6%
高TG玻璃環(huán)氧多層印刷電路板材料	121℃	R.H.	5h	吸水率小于0.55～0.65%
高TG玻璃環(huán)氧多層印刷電路板-吸濕后再流焊耐熱性試驗(yàn)	121℃	R.H.	3h	PCT試驗(yàn)完畢之后進(jìn)行再流焊耐熱性試驗(yàn)（260℃/30秒）
微蝕型水平棕化（Co-Bra Bond）	121℃	R.H.	168h
車(chē)用PCB	121℃	R.H.	50、100h
主機(jī)板用PCB	121℃	R.H.	30min
GBA載板	121℃	R.H.	24h
半導(dǎo)體器件加速濕阻試驗(yàn)	121℃	R.H.	8h