《PCT 高压加速老化试验箱试验方法、试验标准》

PCT 试验一般称为压力锅蒸煮试验或是饱和蒸汽试验，最主要是将待测品置于严苛之温 度、饱和湿度（100%R.H.）[饱和水蒸气]及压力环境下测试，测试代测品耐高湿能力，针对印 刷线路板（PCB&FPC），用来进行材料吸湿率试验、高压蒸煮试验..等试验目的，如果待测品是 半导体的话，则用来测试半导体封装之抗湿气能力，待测品被放置严苛的温湿度以及压力环境 下测试，如果半导体封装的不好，湿气会沿者胶体或胶体与导线架之接口渗入封装体之中，

常 见的故装原因：爆米花效应、动金属化区域腐蚀造成之断路、封装体引脚间因污染造成之短 路..等相关问题。 PCT 对 PCB 的故障模式：起泡（Blister）、断裂（Crack）、止焊漆剥离（SR delamination）。 半导体的 PCT 测试：PCT 最主要是测试半导体封装之抗湿气能力，待测品被放置严苛的温湿度 以及压力环境下测试，如果半导体封装的不好，湿气会沿者胶体或胶体与导线架之接口渗入封 装体之中，

常见的故装原因：爆米花效应、动金属化区域腐蚀造成之断路、封装体引脚间因污 染造成之短路..等相关问题。 PCT 对 IC 半导体的可靠度评估项目：DA Epoxy、导线架材料、封胶树脂 腐蚀失效与 IC：腐蚀失效（水汽、偏压、杂质离子）会造成 IC 的铝线发生电化学腐蚀，而导 致铝线开路以及迁移生长。

塑封半导体因湿气腐蚀而引起的失效现象： 由于铝和铝合金价格便宜，加工工艺简单，因此通常被使用为集成电路的金属线。从进行集成 电路塑封制程开始，水气便会通过环氧树脂渗入引起铝金属导线产生腐蚀进而产生开路现象， 成为质量管理最为头痛的问题。虽然通过各种改善包括采用不同环氧树脂材料、改进塑封技术 和提高非活性塑封膜为提高产质量量进行了各种努力，但是随着日新月异的半导体电子器件小 型化发展，塑封铝金属导线腐蚀问题至今仍然是电子行业非常重要的技术课题。

压力蒸煮锅试验（PCT）结构：试验箱由一个压力容器组成，压力容器包括一个能产生 100% （润湿）环境的水加热器，待测品经过 PCT 试验所出现的不同失效可能是大量水气凝结渗透所 造成的。 澡盆曲线：澡盆曲线（Bathtub curve、失效时期），又用称为浴缸曲线、微笑曲线，主要是显 示产品的于不同时期的失效率，主要包含早夭期（早期失效期）、正常期（随机失效期）、损 耗期（退化失效期），以环境试验的可靠度试验箱来说得话，可以分为筛选试验、加速寿命试 验（耐久性试验）及失效率试验等。进行可靠性试验时”试验设计”、”试验执行”及”试验分析” 应作为一个整体来综合考虑。

常见失效时期： 早期失效期（早夭期，Infant Mortality Region）：不够完善的生产、存在缺陷的材料、不合 适的环境、不够完善的设计。

随机失效期（正常期，Useful Life Region）：外部震荡、误用、环境条件的变化波动、不良 抗压性能。 退化失效期（损耗期，Wearout Region）：氧化、疲劳老化、性能退化、腐蚀。

环境应力与失效关系图说明： 依据美国 Hughes 航空公司的统计报告显示，环境应力造成电子产品故障的比例来说，高度占 2%、盐雾占 4%、沙尘占 6%、振动占 28%、而温湿度去占了高达 60%，所以电子产品对于温湿度 的影响特别显著，但由于传统高温高湿试验（如：40℃/90%R.H.、85℃/85%R.H.、60℃ /95%R.H.）所需的时间较长，为了加速材料的吸湿速率以及缩短试验时间，可使用加速试验设 备（HAST[高度加速寿命试验机]、PCT[压力锅]）来进行相关试验，也就所谓的（退化失效期、 损耗期）试验。 θ 10℃法则：讨论产品寿命时，一般采用[θ10℃法则]的表达方式，简单的说明可以表达为 [10℃规则]，当周围环境温度上升 10℃时，产品寿命就会减少一半；当周围环境温度上升 20℃ 时，产品寿命就会减少到四分之一。 这种规则可以说明温度是如何影响产品寿命（失效）的，相反的产品的可靠度试验时，也可以 利用升高环境温度来加速失效现象发生，进行各种加速寿命老化试验。 湿气所引起的故障原因：水汽渗入、聚合物材料解聚、聚合物结合能力下降、腐蚀、空洞、线 焊点脱开、引线间漏电、芯片与芯片粘片层脱开、焊盘腐蚀、金属化或引线间短路。 水汽对电子封装可靠性的影响：腐蚀失效、分层和开裂、改变塑封材料的性质。 铝线中产生腐蚀过程： ① 水气渗透入塑封壳内→湿气渗透到树脂和导线间隙之中 ② 水气渗透到芯片表面引起铝化学反应 加速铝腐蚀的因素： ①树脂材料与芯片框架接口之间连接不够好（由于各种材料之间存在膨胀率的差异） ②封装时，封装材料掺有杂质或者杂质离子的污染（由于杂质离子的出现） ③非活性塑封膜中所使用的高浓度磷 ④非活性塑封膜中存在的缺陷 爆米花效应（Popcorn Effect）： 说明：原指以塑料外体所封装的 IC，因其芯片安装所用的银膏会吸水，一旦末加防范而径行封 牢塑体后，在下游组装焊接遭遇高温时，其水分将因汽化压力而造成封体的爆裂，同时还会发 出有如爆米花般的声响，故而得名，当吸收水汽含量高于 0.17%时，[爆米花]现象就会发生。 近来十分盛行 P-BGA 的封装组件，不但其中银胶会吸水，且连载板之基材也会吸水，管理不良 时也常出现爆米花现象。

水汽进入 IC 封装的途径：

1.IC 芯片和引线框架及 SMT 时用的银浆所吸收的水

2.塑封料中吸收的水分

3.塑封工作间湿度较高时对器件可能造成影响；

4.包封后的器件，水汽透过塑封料以及通过塑封料和引线框架之间隙渗透进去，因为塑料与引 线框架之间只有机械性的结合，所以在引线框架与塑料之间难免出现小的空隙。

备注：只要封胶之间空隙大于 3.4*10^-10m 以上，水分子就可穿越封胶的防护

备注：气密封装对于水汽不敏感，一般不采用加速温湿度试验来评价其可靠性，而是测定其气 密性、内部水汽含量等。

针对 JESD22-A102 的 PCT 试验说明： 用来评价非气密封装器件在水汽凝结或饱和水汽环境下抵御水汽的完整性。 样品在高压下处于凝结的、高湿度环境中，以使水汽进入封装体内，暴露出封装中的弱点，如 分层和金属化层的腐蚀。该试验用来评价新的封装结构或封装体中材料、设计的更新。 应该注意，在该试验中会出现一些与实际应用情况不符的内部或外部失效机制。由于吸收的水 汽会降低大多数聚合物材料的玻璃化转变温度，当温度高于玻璃化转变温度时，可能会出现非 真实的失效模式。

外引脚锡短路：封装体外引脚因湿气引起之电离效应，会造成离子迁移不正常生长，而导致引 脚之间发生短路现象。 湿气造成封装体内部腐蚀：湿气经过封装过程所造成的裂伤，将外部的离子污染带到芯片表 面，在经过经过表面的缺陷如：护层针孔、裂伤、被覆不良处..等，进入半导体原件里面，造 成腐蚀以及漏电流..等问题，如果有施加偏压的话故障更容易发生。 PCT 试验条件（整理 PCB、PCT、IC 半导体以及相关材料有关于 PCT[蒸汽锅测试]的相关测试条 件） 试验名称 JEDEC-22-A102 温度 121℃ 湿度 100%R.H. 时间 168h 检查项目&补充说明 其它试验时间：24h、48h、96h、 168h、240h、336h IPC-FC-241B-PCB 铜张积层板的拉 剥强度试验 IC-Auto Clave 试 验 低介电高耐热多 层板 PCB 塞孔剂 PCB-PCT 试验 无铅焊锡加速寿 命1 无铅焊锡加速寿 命2 IC 无铅试验 121℃ 100%R.H. 1000h 100℃ 100%R.H. 16h 121℃ 121℃ 100℃ 100%R.H. 100%R.H. 100%R.H. 192h 30min 8h 检查：分层、气泡、白点 相当于高温高湿下 6 个月，活化能 =4.44eV 相当于高温高湿下一年，活化能 =4.44eV 500 小时检查一次 121℃ 100%R.H. 192h 121℃ 100%R.H. 288h 121℃ 100%R.H. 100 h 铜层强度要在 1000 N/m 液晶面板密合性 试验 金属垫片 半导体封装试验 121℃ 100%R.H. 12h 121℃ 121℃ 100%R.H. 100%R.H. 24h 500、1000 h PCB 吸湿率试验 FPC 吸湿率试验 PCB 塞孔剂 低介电率高耐热 性的多层板材料 高 TG 玻璃环氧多 层印刷电路板材 料 高 TG 玻璃环氧多 层印刷电路板-吸 湿后再流焊耐热 性试验 微蚀型水平棕化 （Co-Bra Bond） 车用 PCB 主机板用 PCB GBA 载板 半导体器件加速 湿阻试验 121℃ 121℃ 121℃ 121℃ 100%R.H. 100%R.H. 100%R.H. 100%R.H. 5、8h 192h 192h 5h 吸水率小于 0.4～0.6% 121℃ 100%R.H. 5h 吸水率小于 0.55～0.65% 121℃ 100%R.H. 3h PCT 试验完毕之后进行再流焊耐热 性试验（260℃/30 秒） 121℃ 100%R.H. 168h 121℃ 121℃ 121℃ 121℃ 100%R.H. 100%R.H. 100%R.H. 100%R.H. 50、100h 30min 24h 8h JEDEC JESD22-A102-B 饱和湿度试验 说明：智河仪器 PCT 试验机执行 JEDEC JESD22-A102-B 饱和湿度（121℃/100%R.H.）的实际试 验纪录曲线，智河仪器的 PCT 试验机是目前业界唯一机台标准内建数字电子纪录器的设备，可 完整纪录整个试验过程的温度、湿度、压力，尤其是压力的部分是真正读取压力传感器的读值 来显示，而不是透过温湿度的饱和蒸汽压表计算出来的，能够真正掌握实际的试验过程。 PCB 的PCT 试验案例： 说明：PCB 板材经 PCT 试验（121℃/100%R.H./168h）之后，因 PCB 的绝缘绿漆质量不良而发生 湿气渗透到铜箔线路表面，而让铜箔线路产生发黑现象