首頁 為何總是混淆Preconditioning預處理測試與MSL濕敏試驗

為何總是混淆Preconditioning預處理測試與MSL濕敏試驗

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為何總是混淆Preconditioning預處理測試與MSL濕敏試驗

by ruby

發佈日期:2021/6/1預處理測試
發佈單位:iST宜特

客戶要求執行「預處理測試(Preconditioning Test)」,您卻混淆以為客戶要的是「濕度敏感等級試驗(MSL Test)」,到底兩者有何不同?

預處理測試

關於可靠度驗證(Reliability Test或是Reliability Assurance,簡稱RA)相信大家都不陌生,何謂RA,就是以量化數據做為產品品質保證之依據,藉由實驗模擬,產品於既定時間內、特定使用環境條件,執行特定規格功能,成功完成工作目標的機率,以量化數據作為產品品質保證的依據。

不過您知道,IC封裝體在進行相關環境類RA之前,有一項試驗必須先進行,依照電子設備工程聯合委員會(Joint Electron Device Engineering Council,簡稱JEDEC)的JESD 47規範,在進行相關環境類實驗前,必須先進行「預處理測試(Preconditioning Test)」。

然而,由於「預處理測試(Preconditioning Test)」的實驗流程/步驟與「濕度敏感等級試驗(MSL Test)」類似,宜特時常遇到很多客戶混淆此兩種實驗;本期宜特小學堂,將協助您釐清此兩種測試的差異。

  • 一、 測試目的

    首先,我們先來了解測試的目的在哪兒,簡單來說「預處理測試(Preconditioning Test)」的目的是要「模擬IC封裝體在上板過程中可能遇到的失效狀況」;而「濕度敏感等級試驗(MSL Test)」則是要「讓使用者了解該IC能夠曝露在作業環境下多久」。

    ● 「濕度敏感等級試驗(MSL Test)」的目的

    什麼是「讓使用者了解IC能夠曝露在作業環境下多久」?現今的樣品尺寸越做越小,對於濕氣的抵抗能力就要越好,濕氣會沿著 IC 膠體縫隙或引腳接縫滲入產品內部,當IC在執行回焊爐(Reflow)作業的時候,由於溫度快速增加,導致在IC內部的水氣快速膨脹,因而造成IC內部有分層或其他異常現象產生。「濕度敏感等級測試(MSL Test)」即在檢測IC封裝體對濕氣的抵抗能力,確認該IC樣品可以通過吸濕敏感的哪個等級,讓使用者可以明確知道該樣品的濕敏等級,使用者就能依照規範中各等級所定義的環境,來進行使用以及存放樣品,確保在後續組裝生產的時候,在Reflow作業過程中產品的品質。

    ● 「預處理測試(Preconditioning Test)」的目的

    「預處理測試(Preconditioning Test)」,是IC封裝體執行「環境類可靠度驗證(RA)」實驗前的前期測試,主要是「模擬IC封裝體在上板過程中可能遇到的失效狀況」。在正式進行RA實驗前,需先模擬執行IC上板組裝Reflow過爐,確認在執行可靠度測試前不會因為Reflow有異常,導致零件毀損等,影響後續測試結果。如果預處理測試(Preconditioning test)時,就發現待測樣品有問題,後續相關的RA建議暫停執行,直到確認失效原因並改善後,才能進行後續RA實驗。

  • 二、 測試流程

    首先,我們先來了解測試的目的在哪兒,簡單來說「預處理測試(Preconditioning Test)」的目的是要「模擬IC封裝體在上板過程中可能遇到的失效狀況」;而「濕度敏感等級試驗(MSL Test)」則是要「讓使用者了解該IC能夠曝露在作業環境下多久」。

    ● 「濕度敏感等級試驗(MSL Test)」流程

    MSL實驗測試規範主要以IPC/JEDEC J-STD-020為依歸。待測物需先執行「初始電性測試(Initial Electrical Test)」、「外觀檢查(Visual Inspection)」、與「超音波檢驗(Pre-SAT)」,確認待測物初始狀況,是否有脫層(Delamination)、裂痕(Crack等),做為實驗後的數據比對。

    接著,執行「125℃ 烘烤24小時(Bake125℃ 24Hrs)」,此步驟的目的是將產品烘乾,如同您的客戶收到IC樣品,從真空包裝袋拆封後的IC,是乾燥的狀態。

    再來,執行「吸濕(Soak )」,此步驟的目的則是模擬IC暴露在真實環境的狀況。實驗流程,會依照客戶想要通過濕度敏感等級(參見圖一),「吸濕(Soak )」實驗條件也會隨之不同。舉例而言,若客戶想要讓IC的拆封到組裝完畢的時間為168hrs內,則測試的等級需選擇Level 3,進行吸濕條件為30℃/60%RH/192hrs(參見圖一Floor Life欄位)。

    吸濕敏感等級規範,MSL Test

    圖一:吸濕敏感等級,依據零件吸濕條件共分為六個等級。

    接著,則是進行「回焊(ReflowX3)」試驗,模擬組裝時進行Reflow的狀況。

    最後我們會進行外觀檢驗(Final Visual Inspection)、超音波檢驗(Post-SAT),再將樣品交付客戶執行電性測試(Post-Electronical Test)。

    如以上說明的測試流程中,IC會經過吸濕的步驟進行吸收水氣,而水氣在迴焊試驗(ReflowX3)的流程中,會因為溫度快速升高造成水氣快速膨脹,而水氣的膨脹可能會造成IC樣品內部有脫層(Delamination)的現象,進而造成IC的功能性異常。

    因此,在MSL試驗前後,都安插了外觀檢驗(Visual Inspection)與超音波檢驗(SAT)進行確認。這兩個站點目的是要確認實驗前後的外觀與IC內部是否有異常。

    若選用之吸濕等級經MSL測試後樣品失效,得選擇等級較低的試驗條件重新再進行驗證,最終之等級須標示於零件外包裝上,讓使用者可以明確地清楚該IC的MSL等級。

    附帶一提,失效判定包括外觀損壞破裂、電性測試失效、內部破裂(Internal Crack)、結構脫層(Delamination) (參見圖二) 。

    Delamination, 脫層

    圖二:左圖為MSL試驗前,無任何脫層現象;右圖為MSL試驗後,Die Paddle / Lead frame 產生脫層現象(Delamination)。

    濕度敏感等級試驗流程

    圖三:MSL試驗流程步驟

    ● 「預處理測試(Preconditioning Test)」流程

    Preconditioning測試規範主要參考JESD22-A113,其基本的流程步驟,有幾項是非必要的,主要依據實際應用層面而決定是否選用(optional)執行(第三、七、八、九步驟),例如第三步驟溫度循環(Temperature Cycling X5),主要是在模擬產品在運輸過程 (無論是船運、空運、或一般貨車都屬運輸的一種) ,依照規範所提到的,在測試時候可以依照產品的實際需求來選擇此項是否要執行。

    其他流程則與MSL測試大同小異,同樣需要經過電性測試(Electrical Test)、外觀檢驗(Visual Inspection)、烘烤(Bake125℃ 24Hrs)、吸濕(Soak)、回焊試驗(ReflowX3)(參見圖四)。最後也則是須再一次進行電性測試(Final Electrical Test),確認電性測試的資料都沒有問題後,IC樣品才能正式執行後續的可靠度試驗(RA)。

    預處理測試

    圖四: Preconditioning基本測試流程步驟

  • 三、 小結

    我們可以發現預處理測試(Preconditioning Test)的基本流程,並沒有超音波檢驗(SAT);主要是當我們在執行「預處理測試(Preconditioning Test)」之前,就必須先透過MSL試驗,確認樣品的吸濕敏感等級以及其樣品是否可通過指定的等級條件,而在MSL的這個試驗步驟中,就已有使用SAT的步驟確認過IC樣品內部是否有異常情形,因此,在預處理測試(Preconditioning Test)流程中,便不用執行SAT的步驟。

    綜合以上,MSL試驗與預處理測試(Preconditioning Test)不僅在執行的目的不同,在實驗上的步驟也有所差異。

     預處理測試
    (Preconditioning Test)
    濕度敏感等級試驗
    (MSL Test)
    實驗目的模擬IC封裝體在上板過程中可能遇到的失效狀況讓使用者了解該IC能夠曝露在作業環境下多久
    依循規範JESD22-A113IPC/JEDEC J-STD-020
    實驗步驟:
    1. 初始電性測試
     Initial Electrical Test
    OO
    2. 初始外觀檢驗
     Initial Visual inspection
    OO
    3. 初始超音波檢驗
     Pre-SAT
    XO
    4. 5次溫度循環試驗
     Temperature CyclingX5
    X
    5. 烘烤
     Bake
    OO
    6. 吸濕
     Soak
    OO
    7. 3次回焊試驗
     Reflow*3
    OO
    8. 助焊劑應用
     Flux application
    X
    9. 清洗
     Cleaning
    X
    10. 烘乾
     Dry
    X
    11. 最終外觀檢驗
     Final Visual Inspection
    OO
    12. 最終超音波檢驗
     Post-SAT
    XO
    13. 最終電性測試
     Final Electrical Test
    OO
    備註1:做預處理測試(Preconditioning Test)之前,應先得知濕度敏感等級試驗(MSL Test)
    備註2: △為option選項

    表一:預處理測試(Preconditioning Test) V.S.濕度敏感等級測試(MSL Test)比較表

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