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高压锅蒸煮或饱和蒸汽试验

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发表时间:2021-09-26 09:02


  PCT试验机通常被称为高压锅蒸煮或饱和蒸汽试验,最主要的是把待测产品置于严酷的温度、饱和湿度(100%R.H.)[饱和水蒸气]和压力环境中进行测试,检验替代品耐高湿性能,用于印刷线路板(PCB&FPC)、用于物料吸湿试验、高压蒸煮试验等试验,如待测产品为半导体,则可用于测试半导体封装的抗湿气能力。待测产品被置于非常苛刻的温度和压力环境中进行测试,假如半导体封装不好,湿气就会沿着胶体或胶体与导体间的接触面渗入到封装体中,常见的故装原因是:爆米花效应,动金属化区腐蚀引起的断路、封装体接头间的短路及其他有关问题,如污染所致。

高压加速老化试验机(1).png

高压蒸煮器(PCT)结构的检验:

该实验室由一个压力容器组成,它包含一个可以100%潮湿的环境,而待测产品通过正合PCT试验,可能会出现不同的失效情况。

浴缸曲线:

浴室曲线(Bathtubcurve,失效期),也称“浴缸曲线”,主要是为了显示产品在不同阶段的失效率,大部分是早逝(早期失效)、正常(随机失效)和损失损失(退化失效),这在环境测试的可靠性试验箱中也是如此,它可划分为筛选试验、加速寿命(耐久性)试验和失效性试验等。在进行可靠性试验时,应将“试验设计”、“试验实施”和“试验分析”作为一个整体加以考虑。


一般故障期:

最早的失败期(早死,InfantMortalityRegion):生产不足,材料不足,环境不适宜,设计不完善。

随机性故障时间:

(一般情况下,UsefulLifeRegion):外部震荡,误用,环境状况变动,抗压性能差。

退化期(损耗期,WearoutRegion):氧化、疲劳老化、性能退化、腐蚀。


周围的压力和破坏图的描述:

  根据美国Hughes航空公司的统计报告,在环境压力下,电子设备失灵的百分比,高度为2%,盐雾为4%,沙占6%,振动占28%,而温度和湿度去湿占60%,因此电子产品对温度和湿度的影响尤为显著,但由于传统的高温高湿测试(例如:40℃/90%R.H.,85℃/85%R.H.,60℃/95%R.H.)需要较长的时间,以加快材料的吸湿率,并可缩短测试时间。可以利用加速优乐网站(HAST[高加速寿命试验器],PCT[压力锅])进行相关试验,即所谓(退化失效期,消耗期)测试。


θ10℃规则:

  通常用[θ10℃定则]的表示,简单的说明可表示为[10℃定则],当环境温度升高10℃,产品寿命便减半,而环境温度升高20℃,则产品寿命缩短1/4。这一规律可以说明温度对产品寿命(失效)的影响,当对相对产品进行可靠度测试时,还可以用提高环境温度来加速失效,对各种加速老化进行测试。


湿空气造成故障的原因:

  水的渗入、聚合物材料的解聚、聚合物结合能力的降低、腐蚀、空洞、线焊点脱、导线间漏电、芯片与芯片之间的脱开、焊盘腐蚀、金属化或引线短路。

水蒸汽对电子封装可靠性的影响

锈蚀、分层、开裂,改变了封口材料的特性。


PCB的PCT故障模式:

起泡沫(Blister)、折断(Crack)、止焊漆皮剥离(SRde-lamination)。

半导体PCT检测:

  PCT主要用来测试半导体封装的抗湿能力,而待测产品被放置在非常苛刻的温湿度和压力环境中进行测试,如果半导体封装不好,水份将沿着胶体或胶体和导线架上的界面渗入到封装体中,常见的故装原因是:爆米花效应、动金属化区域腐蚀所致断路,由于污染引起的封装体管脚之间的短路..等相关问题。

IC半导体的PCT可靠性评估项目:

金属丝支架材料、密封树脂腐蚀失效与IC:腐蚀失效(水汽、偏压、杂质离子)会引起IC的铝线发生电化学腐蚀,从而导致铝线的腐蚀。


由于水汽腐蚀导致的塑封型半导体失效现象:

  因为铝、铝合金价格低廉,加工工艺简单,常被用作集成电路的金属丝。在集成电路塑封线过程中,水和气体便会通过环氧树脂渗入,导致铝金属导线发生腐蚀而产生开路现象,成为质量管理最头疼的问题。尽管各种改进措施包括采用不同的环氧树脂料、改进塑封工艺、改进非活性塑封膜,以提高生产质量,但伴随着日新月异的半导体电子器件小型化的发展,塑封铝金属导线的腐蚀问题至今仍是电子工业一个十分重要的技术课题。

铝丝内的腐蚀过程:

①水与气体渗入塑封壳→湿气进入树脂空隙及导丝间隙。

②水和气体渗入晶片表面,引起铝的化学反应。

促进铝腐蚀的因素:

①树脂材料与晶片构架界面连接不良(因各种材料间存在膨胀率差异)

②封装时,封装材料掺杂或杂质离子(由于杂质离子的出现)

③高浓度磷用于非活性塑料薄膜。

④无活性塑封膜存在的缺陷。


(PopcornEffect)效果:

本发明原指封装于塑料外壳的IC,由于其芯片安装时所用的银膏会吸水,一旦末加防范性而径行封牢塑体后,在下游组装焊接遭遇高温时,它所含的水分在蒸发压力下会导致封体破裂,同时发出像爆米花一样的声音,因此,当吸收水汽含量大于0.17%时,名为[爆米花现象]发生了。P-BGA封装组件最近非常流行,不仅其中银胶会吸水,而且连接板之基材也会吸水,管理不佳时也常出现爆米花现象。

水蒸汽进入IC封装方式:

1.IC晶片和引线架以及SMT时用银浆吸收的水分。

2.塑料密封材料吸收的水分。

3.塑封室内湿度过高,可能对设备产生影响;

4.包装后的设备,水汽通过塑封材料,并穿过塑封料和引线框之间的间隙进入,因为塑料和引线框之间是机械连接,因此引线框架与塑料之间难免会出现小的间隙。

注:只要密封胶之间的间隙超过3.4*10^-10m,就可以使水分子通过密封胶的保护。

注:气密封装对水汽不敏感,一般不用加速湿法评估其可靠性,而是用测定它的气密性、内水含量等。


PCT测试指导:

  在水汽凝结和饱和水汽环境下,非气体密封装置抗水汽完整性的评价。试样在高压下处于冷凝、高湿环境中,使水分进入包封体内,暴露了包封体的弱点,例如分层和金属化层的腐蚀。这种测试用于评估新封装结构或密封体内的材料和设计的更新。需要注意的是,在这种测试中,可能会产生一些不符合实际应用的内部或外部失效机制。在玻璃化转变温度以上,由于所吸收的水蒸气使大部分聚合物材料的玻璃化转变温度降低,有可能在一定程度上造成非真实失效。

  外引脚锡短路:密封的体外引脚由于湿气所引起的电离效应,会使离子迁移不正常生长,而在管脚间出现短路现象。

水分引起封装体内的腐蚀:水分通过包装时,使晶片表面受到水分的污染,并在通过通过表面的缺陷,例如:保护层针孔、断裂,被覆不良处..等,进入半导体原始材料内部,造成腐蚀及漏电流等问题,如有施加偏压的情况,较易出现故障。



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