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为何总是混淆Preconditioning 预处理测试 与 MSL 湿敏试验

2024-11-02 344


“客户要求执行“预处理测试(Preconditioning Test)”,您却混淆以为客户要的是“湿度敏感等级试验(MSL Test)”,到底两者有何不同?

关于可靠度验证(Reliability Test 或是 Reliability Assurance,简称 RA)相信大家都不陌生,何谓RA,就是以量化数据做为产品品质保证之依据,借由实验模拟,产品于既定时间内、特定使用环境条件,执行特定规格功能,成功完成工作目标的概率,以量化数据作为产品品质保证的依据。

不过您知道,IC 封装体在进行相关环境类 RA 之前,有一项试验必须先进行,依照电子设备工程联合委员会(Joint Electron Device Engineering Council,简称 JEDEC)的 JESD 47 规范,在进行相关环境类实验前,必须先进行“预处理测试(Preconditioning Test)”。

然而,由于“预处理测试(Preconditioning Test)”的实验流程/步骤与“湿度敏感等级试验(MSL Test)”类似,宜特时常遇到很多客户混淆此两种实验;本期宜特小学堂,将协助您厘清此两种测试的差异。

一、测试目的

首先,我们先来了解测试的目的在哪儿,简单来说“预处理测试(Preconditioning Test)”的目的是要“模拟 IC 封装体在上板过程中可能遇到的失效状况”;而“湿度敏感等级试验(MSL Test)”则是要“让使用者了解该 IC 能够曝露在作业环境下多久”。

  • “湿度敏感等级试验(MSL Test)”的目的

什么是“让使用者了解 IC 能够曝露在作业环境下多久”? 现今的样品尺寸越做越小,对于湿气的抵抗能力就要越好,湿气会沿着 IC 胶体缝隙或引脚接缝渗入产品内部,当 IC 在执行回焊炉(Reflow)作业的时候,由于温度快速增加,导致在IC内部的水汽快速膨胀,因而造成 IC 内部有分层或其他异常现象产生。“湿度敏感等级测试(MSL Test)”即在检测 IC 封装体对湿气的抵抗能力,确认该 IC 样品可以通过吸湿敏感的哪个等级,让使用者可以明确知道该样品的湿敏等级,使用者就能依照规范中各等级所定义的环境,来进行使用以及存放样品,确保在后续组装生产的时候,在 Reflow 作业过程中产品的品质。

  • “预处理测试(Preconditioning Test)”的目的

“预处理测试(Preconditioning Test)”,是 IC 封装体执行“环境类可靠度验证(RA)”实验前的前期测试,主要是“模拟 IC 封装体在上板过程中可能遇到的失效状况”。在正式进行 RA 实验前,需先模拟执行 IC 上板组装 Reflow 过炉,确认在执行可靠度测试前不会因为 Reflow 有异常,导致零件毁损等,影响后续测试结果。如果预处理测试(Preconditioning test)时,就发现待测样品有问题,后续相关的 RA 建议暂停执行,直到确认失效原因并改善后,才能进行后续 RA 实验。

二、测试流程

  • “湿度敏感等级试验(MSL Test)”流程

MSL 实验测试规范主要以 IPC/JEDEC J-STD-020 为依归。待测物需先执行“初始电性测试(Initial Electrical Test)”、“外观检查(Visual Inspection)”、与“超音波检验(Pre-SAT)”,确认待测物初始状况,是否有脱层(Delamination)、裂痕(Crack等),做为实验后的数据比对。

接着,执行“125℃ 烘烤 24 小时(Bake125℃ 24Hrs)”,此步骤的目的是将产品烘干,如同您的客户收到 IC 样品,从真空包装袋拆封后的 IC,是干燥的状态。

再来,执行“吸湿(Soak )”,此步骤的目的则是模拟 IC 暴露在真实环境的状况。实验流程,会依照客户想要通过湿度敏感等级(参见图一),“吸湿(Soak)”实验条件也会随之不同。举例而言,若客户想要让 IC 的拆封到组装完毕的时间为 168hrs 内,则测试的等级需选择 Level 3,进行吸湿条件为 30℃/60%RH/192hrs(参见图一 Floor Life 字段)。

▲图一:吸湿敏感等级,依据零件吸湿条件共分为六个等级。

接着,则是进行“回焊(ReflowX3)”试验,模拟组装时进行 Reflow 的状况。 最后我们会进行外观检验(Final Visual Inspection)、超音波检验(Post-SAT),再将样品交付客户执行电性测试(Post-Electronical Test)。

如以上说明的测试流程中,IC 会经过吸湿的步骤进行吸收水汽,而水汽在回焊试验(ReflowX3)的流程中,会因为温度快速升高造成水汽快速膨胀,而水汽的膨胀可能会造成 IC 样品内部有脱层(Delamination)的现象,进而造成 IC 的功能性异常。

因此,在 MSL 试验前后,都安插了外观检验(Visual Inspection)与超音波检验(SAT)进行确认。这两个站点目的是要确认实验前后的外观与 IC 内部是否有异常。

若选用之吸湿等级经 MSL 测试后样品失效,得选择等级较低的试验条件重新再进行验证,最终之等级须标示于零件外包装上,让使用者可以明确地清楚该 IC 的 MSL 等级。

附带一提,失效判定包括外观损坏破裂、电性测试失效、内部破裂(Internal Crack)、结构脱层(Delamination)(参见图二)。

▲图二:左图为 MSL 试验前,无任何脱层现象;右图为 MSL 试验后,Die Paddle / Lead frame 产生脱层现象(Delamination)。

▲图三:MSL 试验流程步骤

 

  • “预处理测试(Preconditioning Test)”流程

Preconditioning 测试规范主要参考 JESD22-A113,其基本的流程步骤,有几项是非必要的,主要依据实际应用层面而决定是否选用(optional)执行(第三、七、八、九步骤),例如第三步骤温度循环(Temperature Cycling X5),主要是在模拟产品在运输过程 (无论是船运、空运、或一般货车都属运输的一种) ,依照规范所提到的,在测试时候可以依照产品的实际需求来选择此项是否要执行。

其他流程则与 MSL 测试大同小异,同样需要经过电性测试(Electrical Test)、外观检验(Visual Inspection)、烘烤(Bake125℃ 24Hrs)、吸湿(Soak)、回焊试验(ReflowX3)(参见图四)。最后也则是须再一次进行电性测试(Final Electrical Test),确认电性测试的资料都没有问题后,IC 样品才能正式执行后续的可靠度试验(RA)。

▲图四:Preconditioning 基本测试流程步骤

  • 小结

我们可以发现预处理测试(Preconditioning Test)的基本流程,并没有超音波检验(SAT);主要是当我们在执行“预处理测试(Preconditioning Test)”之前,就必须先透过 MSL 试验,确认样品的吸湿敏感等级以及其样品是否可通过指定的等级条件,而在 MSL 的这个试验步骤中,就已有使用 SAT 的步骤确认过 IC 样品内部是否有异常情形,因此,在预处理测试(Preconditioning Test)流程中,便不用执行 SAT 的步骤。

综合以上,MSL 试验与预处理测试(Preconditioning Test)不仅在执行的目的不同,在实验上的步骤也有所差异。

预处理测试(Preconditioning Test) 湿度敏感等级试验(MSL Test)
实验目的 模拟IC封装体在上板过程中可能遇到的失效状况 让使用者了解该IC能够曝露在作业环境下多久
依循规范 JESD22-A113 IPC/JEDEC J-STD-020
实验步骤:
1. 初始电性测试

Initial Electrical Test

O O
2. 初始外观检验

Initial Visual inspection

O O
3. 初始超音波检验

Pre-SAT

x O
4. 5次温度循环试验

Temperature CyclingX5

x
5. 烘烤

Bake

O O
6. 吸湿

Soak

O O
7.  3次回焊试验

Reflow*3

O O
8. 助焊剂应用

Flux application

x
9. 清洗

Cleaning

x
10 . 烘干

Dry

x
11. 最终外观检验

Final Visual Inspection

O O
12. 最终超音波检验

Post-SAT

x O
13. 最终电性测试

Final Electrical Test

O O
备注1:做预处理测试(Preconditioning Test)之前,应先得知湿度敏感等级试验(MSL Test)

备注2: △为option选项

▲表一:预处理测试(Preconditioning Test)V.S.湿度敏感等级测试(MSL Test)比较表 

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(图片来源:宜特科技)

2021-06-17 07:14:00

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