電路板MSL的考核及分析

 一、結(jié)果判讀之淮則
    （一）、失效研判淮則之詳細(xì)說(shuō)明
    凡已考試之樣本中，有一件或多件出現(xiàn)下列缺點(diǎn)以致失效而未過(guò)關(guān)者，則該類(lèi)封裝元件即可被判定為不及格。所採(cǎi)用之研判淮則為：
    1、在光鏡40倍放大中可見(jiàn)到外觀的開(kāi)裂。
    2、電性測(cè)試不及格。
    3、內(nèi)部裂紋已貫穿打線(xiàn)、或第一打球點(diǎn)，或第二打扁點(diǎn)等關(guān)鍵位置。
    4、內(nèi)部裂紋從任何打線(xiàn)的金指墊延伸到其他內(nèi)部金屬位點(diǎn)上。
    5、本體內(nèi)部發(fā)生裂縫，使得內(nèi)在任一金屬位點(diǎn)到達(dá)封裝體外表，其距離之2/3已受到裂縫的影響。
    6、當(dāng)封裝體之平坦度發(fā)生彎翹、腫大，或肉眼已可見(jiàn)到的鼓脹等缺失，但該元件尚能符合共面性及架高之尺度要求者，則仍應(yīng)判為及格。

圖1、左為早期金屬腳架式IC之打線(xiàn)情形，右圖為BGA有機(jī)載板之晶片打線(xiàn)情形。

    （1）、當(dāng)內(nèi)部裂紋是由C-SAM超音波掃瞄顯微鏡所發(fā)現(xiàn)者，則可逕行判讀為失效，或續(xù)在指定點(diǎn)進(jìn)行微切片之驗(yàn)証。
    （2）、當(dāng)封裝體對(duì)垂直裂紋非常敏感時(shí)，則應(yīng)就模封體或包封體外觀之近似裂紋者，進(jìn)行微切片的驗(yàn)証。
    （3）、發(fā)現(xiàn)已失效的SMD封件，則還須針對(duì)該封件原有濕敏水淮的級(jí)數(shù)，採(cǎi)用提高一級(jí)的條件而對(duì)另一組全新樣本進(jìn)行考驗(yàn)。
    （4）、當(dāng)考試中的元件已通過(guò)上述6則要求，且經(jīng)C-SAM或其方法檢察后均未發(fā)現(xiàn)分層或開(kāi)裂者，則該元件針對(duì)某MSL的考試應(yīng)視為過(guò)關(guān)。

圖2、左圖為晶片上第一打線(xiàn)點(diǎn)前，先將鋼嘴伸出一小段金線(xiàn)熔成金球再去壓著熔接在定點(diǎn)上。右圖即為晶片I/0上的熔接點(diǎn)。

圖3、此為載板正面安晶后，再于外圍承墊上進(jìn)行金線(xiàn)之第二打扁點(diǎn)后之實(shí)物放大圖。

    （二）、二度考試之及格淮則
    為明瞭分層與開(kāi)裂對(duì)封件可靠度會(huì)產(chǎn)生多大影響起見(jiàn)，封裝業(yè)者還須另採(cǎi)三種更進(jìn)一步的二度考試，以確知其所影響的程度，此三考試內(nèi)容分別為：
    A、按下列詳述做法，找出"預(yù)先吸濕"到"完成回焊"后，兩段考試間之裂層出現(xiàn)何種劣化。
    B、按JESD22-A113與JESD 47兩規(guī)范進(jìn)行可靠度之評(píng)估。
    C、按半導(dǎo)體業(yè)者廠(chǎng)內(nèi)原有方法進(jìn)行深入評(píng)估或重考。
    至于可靠度評(píng)估之內(nèi)容則須包括應(yīng)力試驗(yàn)，與歷來(lái)一般性數(shù)據(jù)分析等資料在內(nèi)，而原文020C之附錄，即為落實(shí)此種及格淮則之邏輯性思路圖。

    另當(dāng)SMD封裝品已通過(guò)后續(xù)電性測(cè)試，但卻在安晶區(qū)散熱器，晶片底面等處發(fā)現(xiàn)裂層。不過(guò)其他區(qū)域卻又未發(fā)現(xiàn)裂紋與分層，且還能符合尺度淮則者，則該SMD可視為在該MSL層級(jí)重考的過(guò)關(guān)。

圖4、此二圖均為多晶片架空迭高多層式立體打線(xiàn)之複雜畫(huà)面。

所有失效者皆須進(jìn)一步分析，并證實(shí)其失效的原因是與濕度敏感有著直接關(guān)系。當(dāng)回焊后并未發(fā)現(xiàn)某濕敏性水淮的失效時(shí)，則應(yīng)考之封裝元件即可取得該項(xiàng)MSL的認(rèn)證。

圖5、左為腹部具有針腳背部具有打線(xiàn)晶片之封裝元件，與其承接插座之配合情形實(shí)體圖。

右為高功率可散熱BGA之中央沉降式晶片與同面球腳之側(cè)面圖。

    二、分級(jí)包裝
    當(dāng)封件竟能通過(guò)「Level 1」的兩段考試時(shí)，即表該封件已與濕敏性無(wú)關(guān)，也無(wú)需刻意執(zhí)行乾燥式包裝。但若封件雖未通過(guò)「Level 1」的頂級(jí)考試，卻仍取得較高的MSL層級(jí)者，則仍應(yīng)歸類(lèi)為濕敏性產(chǎn)品，而必須按J-STD-033之規(guī)定進(jìn)行乾燥式包裝。倘若封件只能通過(guò)最低一級(jí)Level 6之考試者，則應(yīng)歸類(lèi)于極端濕敏性之層級(jí)，甚至連乾燥式包裝也難保其安全。凡此等產(chǎn)品在交貨時(shí)，必須要將其濕敏性質(zhì)告知客戶(hù)，且還須加貼警告性標(biāo)紙，并說(shuō)明在回焊前須按標(biāo)紙指示進(jìn)行烘烤除濕，或乾脆不直接焊接在PCB板面上，而另採(cǎi)插卡式式之間接組裝。至于起碼性預(yù)烤溫度與時(shí)間，則須取決于待考試元件除濕硏究之結(jié)果。

    三、隨選性重量增減之分析
    吸濕后之增重分析對(duì)于廠(chǎng)內(nèi)暫存之"現(xiàn)場(chǎng)時(shí)限"極有價(jià)値。此術(shù)語(yǔ)是指從折開(kāi)乾燥式包裝起，直到經(jīng)歷某種吸濕"時(shí)段"而足以導(dǎo)致回焊中之封裝產(chǎn)品受損為止，此種處于現(xiàn)場(chǎng)之時(shí)段稱(chēng)為Floor Life 。另外除濕之減重分析，則對(duì)趕走水氣所需烘烤時(shí)間的取決極有幫助。此二分析的實(shí)做可從樣本中選取10個(gè)封件進(jìn)行，并以其平均讀値做為參考數(shù)據(jù)，其計(jì)算法如下：
    ●最后增重=(濕重一乾重)/乾重
    ●最后減重=(濕重一乾重)/濕重
    ●中期增重=(現(xiàn)重一乾重)/乾重
    ●中期減重=(濕重一現(xiàn)重)/濕重
    此處之”Wet”是一種相對(duì)觀念，是指當(dāng)封裝元件已在特定溫濕度環(huán)境中放置某一時(shí)段已吸濕之謂也。至于"Dry"則是一種說(shuō)法，也就是當(dāng)其持續(xù)留置于125℃的高溫中，并經(jīng)檢測(cè)已無(wú)法再移除更多的水份者而言。

    （一）、吸濕曲線(xiàn)
    此種曲線(xiàn)圖之橫軸〈X軸）為吸濕時(shí)間的推移，初期可訂定在24小時(shí)之內(nèi)，往后者可延伸到10天，直到無(wú)癥狀為止?？v軸〈V軸）為增重的變化，可從零增重直到飽和增重為止。通常在"雙八五溫濕試驗(yàn)"中，按上式計(jì)算可到達(dá)之飽和增重， 約在0.3%—0.4%之間。
    1、乾重的精稱(chēng)
須將試樣置于125℃烤箱中48小時(shí)以上，取出冷卻后1小時(shí)之內(nèi)，須在精度達(dá)1μg的天平上稱(chēng)得乾重。至于較小元件者則更應(yīng)在30分鐘之內(nèi)精稱(chēng)其乾重。
    2、飽和濕重的精稱(chēng)
    在稱(chēng)得乾重后，可將封件置于清潔乾燥的小盤(pán)中，并送進(jìn)所需的溫濕環(huán)境中進(jìn)行吸濕。將完成吸濕的封件取出，在室溫中冷卻15分鐘以上但不可超過(guò)1小時(shí)，務(wù)必在此穩(wěn)定時(shí)段中去稱(chēng)取濕重。但高度不足1.5mm之小件者則不可超過(guò)30分鐘。第一次稱(chēng)得濕重后，須再將封件送回溫濕箱內(nèi)繼續(xù)吸濕（其箱外停留的時(shí)間不可超過(guò)2小時(shí)）。如此不斷進(jìn)出多次稱(chēng)取濕重，直到數(shù)値穩(wěn)定為止。

    （二）、除濕曲線(xiàn)
    此項(xiàng)XY曲線(xiàn)之X時(shí)間軸共區(qū)分為12小時(shí)，V軸之重量變化則可從0到上述的飽和失重為止。其做法是將已吸濕飽和的封件從溫濕箱中取出，并在室溫中穩(wěn)定15分鐘到1小時(shí)的時(shí)段內(nèi)再送入烤箱，并按既定溫度與時(shí)程進(jìn)行烘烤以驅(qū)除水氣。然后再取出冷卻，且在1小時(shí)內(nèi)完成初步稱(chēng)重。之后又再送回烤箱繼續(xù)除濕稱(chēng)重的動(dòng)作，直到趕光濕氣到達(dá)恒重為止，如此即可得到除濕曲線(xiàn)。