电路板MSL的考核及分析

电路板MSL的考核及分析

 一、结果判读之淮则
    （一）、失效研判淮则之详细说明
    凡已考试之样本中，有一件或多件出现下列缺点以致失效而未过关者，则该类封装元件即可被判定为不及格。所採用之研判淮则为：
    1、在光镜40倍放大中可见到外观的开裂。
    2、电性测试不及格。
    3、内部裂纹已贯穿打线、或第一打球点，或第二打扁点等关键位置。
    4、内部裂纹从任何打线的金指垫延伸到其他内部金属位点上。
    5、本体内部发生裂缝，使得内在任一金属位点到达封装体外表，其距离之2/3已受到裂缝的影响。
    6、当封装体之平坦度发生弯翘、肿大，或肉眼已可见到的鼓胀等缺失，但该元件尚能符合共面性及架高之尺度要求者，则仍应判为及格。

图1、左为早期金属脚架式IC之打线情形，右图为BGA有机载板之晶片打线情形。

    （1）、当内部裂纹是由C-SAM超音波扫瞄显微镜所发现者，则可迳行判读为失效，或续在指定点进行微切片之验証。
    （2）、当封装体对垂直裂纹非常敏感时，则应就模封体或包封体外观之近似裂纹者，进行微切片的验証。
    （3）、发现已失效的SMD封件，则还须针对该封件原有湿敏水淮的级数，採用提高一级的条件而对另一组全新样本进行考验。
    （4）、当考试中的元件已通过上述6则要求，且经C-SAM或其方法检察后均未发现分层或开裂者，则该元件针对某MSL的考试应视为过关。

图2、左图为晶片上第一打线点前，先将钢嘴伸出一小段金线熔成金球再去压著熔接在定点上。右图即为晶片I/0上的熔接点。

图3、此为载板正面安晶后，再于外围承垫上进行金线之第二打扁点后之实物放大图。

    （二）、二度考试之及格淮则
    为明瞭分层与开裂对封件可靠度会产生多大影响起见，封装业者还须另採三种更进一步的二度考试，以确知其所影响的程度，此三考试内容分别为：
    A、按下列详述做法，找出"预先吸湿"到"完成回焊"后，两段考试间之裂层出现何种劣化。
    B、按JESD22-A113与JESD 47两规范进行可靠度之评估。
    C、按半导体业者厂内原有方法进行深入评估或重考。
    至于可靠度评估之内容则须包括应力试验，与历来一般性数据分析等资料在内，而原文020C之附录，即为落实此种及格淮则之逻辑性思路图。

    另当SMD封装品已通过后续电性测试，但却在安晶区散热器，晶片底面等处发现裂层。不过其他区域却又未发现裂纹与分层，且还能符合尺度淮则者，则该SMD可视为在该MSL层级重考的过关。

图4、此二图均为多晶片架空迭高多层式立体打线之複杂画面。

所有失效者皆须进一步分析，并证实其失效的原因是与湿度敏感有著直接关系。当回焊后并未发现某湿敏性水淮的失效时，则应考之封装元件即可取得该项MSL的认证。

图5、左为腹部具有针脚背部具有打线晶片之封装元件，与其承接插座之配合情形实体图。

右为高功率可散热BGA之中央沉降式晶片与同面球脚之侧面图。

    二、分级包装
    当封件竟能通过「Level 1」的两段考试时，即表该封件已与湿敏性无关，也无需刻意执行乾燥式包装。但若封件虽未通过「Level 1」的顶级考试，却仍取得较高的MSL层级者，则仍应归类为湿敏性产品，而必须按J-STD-033之规定进行乾燥式包装。倘若封件只能通过最低一级Level 6之考试者，则应归类于极端湿敏性之层级，甚至连乾燥式包装也难保其安全。凡此等产品在交货时，必须要将其湿敏性质告知客户，且还须加贴警告性标纸，并说明在回焊前须按标纸指示进行烘烤除湿，或乾脆不直接焊接在PCB板面上，而另採插卡式式之间接组装。至于起码性预烤温度与时间，则须取决于待考试元件除湿硏究之结果。

    三、随选性重量增减之分析
    吸湿后之增重分析对于厂内暂存之"现场时限"极有价値。此术语是指从折开乾燥式包装起，直到经历某种吸湿"时段"而足以导致回焊中之封装产品受损为止，此种处于现场之时段称为Floor Life 。另外除湿之减重分析，则对赶走水气所需烘烤时间的取决极有帮助。此二分析的实做可从样本中选取10个封件进行，并以其平均读値做为参考数据，其计算法如下：
    ●最后增重=(湿重一乾重)/乾重
    ●最后减重=(湿重一乾重)/湿重
    ●中期增重=(现重一乾重)/乾重
    ●中期减重=(湿重一现重)/湿重
    此处之”Wet”是一种相对观念，是指当封装元件已在特定温湿度环境中放置某一时段已吸湿之谓也。至于"Dry"则是一种说法，也就是当其持续留置于125℃的高温中，并经检测已无法再移除更多的水份者而言。

    （一）、吸湿曲线
    此种曲线图之横轴〈X轴）为吸湿时间的推移，初期可订定在24小时之内，往后者可延伸到10天，直到无症状为止。纵轴〈V轴）为增重的变化，可从零增重直到饱和增重为止。通常在"双八五温湿试验"中，按上式计算可到达之饱和增重， 约在0.3%—0.4%之间。
    1、乾重的精称
须将试样置于125℃烤箱中48小时以上，取出冷却后1小时之内，须在精度达1μg的天平上称得乾重。至于较小元件者则更应在30分钟之内精称其乾重。
    2、饱和湿重的精称
    在称得乾重后，可将封件置于清洁乾燥的小盘中，并送进所需的温湿环境中进行吸湿。将完成吸湿的封件取出，在室温中冷却15分钟以上但不可超过1小时，务必在此稳定时段中去称取湿重。但高度不足1.5mm之小件者则不可超过30分钟。第一次称得湿重后，须再将封件送回温湿箱内继续吸湿（其箱外停留的时间不可超过2小时）。如此不断进出多次称取湿重，直到数値稳定为止。

    （二）、除湿曲线
    此项XY曲线之X时间轴共区分为12小时，V轴之重量变化则可从0到上述的饱和失重为止。其做法是将已吸湿饱和的封件从温湿箱中取出，并在室温中稳定15分钟到1小时的时段内再送入烤箱，并按既定温度与时程进行烘烤以驱除水气。然后再取出冷却，且在1小时内完成初步称重。之后又再送回烤箱继续除湿称重的动作，直到赶光湿气到达恒重为止，如此即可得到除湿曲线。