环境应力试验
环境应力试验(Environmental Stress Test)是针对电子元件与产品在极端使用条件下的可靠度与耐久性所进行的系统性验证,其核心目的在于确认元件构装品质是否足以支撑实际应用需求。主要评估重点包含三大面向:封装体的耐温能力、吸湿与抗湿能力,以及保存与制程管制的稳定性。
从元件完成制造开始,到进入 SMT 或 DIP 组装制程,首先面临的便是高温回焊所带来的热冲击;随后,在产品实际使用阶段,长时间的温度、湿度与环境应力,将进一步影响元件寿命与失效率。因此,环境应力试验是产品进入量产与市场前不可或缺的关键验证流程。
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湿度敏感等级区分 (Moisture Sensitivity Level / MSL)
主要针对表面黏着型元件 (SMD) 或得经过 SMT 回焊 (Reflow) 程序之零件类别进行验证。判断方式主要以超音波扫描 (SAT或SAM) 判断脱层 (Delamination) 位置与脱层比率,并藉以制定湿度敏感等级。
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前处理 (Precondition Test)
与湿敏等级之测试方式相近,但目的不同。前处理的目的在于模拟零件自生产、运输、至客户上线使用这个循环过程,前处理的吸湿条件是根据零件之湿度敏感等级而来,但由于流程相似,业界许多零件厂商根据经验将此两项合并作业。
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温度循环试验 (Temperature Cycling Test)
温度循环测试是可靠度试验中相当重要的一项,利用零件冷热交替几个循环,透过膨胀系数的差异,检验对产品的疲劳老化 (Fatigue) 影响。本项实验是最常使用的可靠度测试标准,与实际产品开关机使用状况相近。 -
高温贮存试验 (High Temperature Storage Test)
此试验目的在于验证封装材料的耐热老化状态,在持续高温的状态下,使封装材料加速老化。
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低温贮存试验 (Low Temperature Storage Test)
此试验目的在于验证封装材料的耐低温状态,在极低的温度下,利用膨胀收缩造成机械变型,检验对元件结构所造成脆化而引发的裂痕。 -
温湿度贮存试验 (Temperature Humidity Storage Test)
透过高温潮湿的环境,加速化学反应所造成的元件腐蚀现象,除静态环境试验外,常使用偏压 (Bias) 测试封装体金属材料之离子迁移,也可同步测试产品的抗蚀性。
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高加速温湿度试验 (Highly Accelerated Stress Test)
与温湿度贮存试验原理相同,其差异在于在加湿过程中,由于更高的温度产生大于大气压力的环境,更加速了腐蚀速度,引发封装不良的产品内部因此而腐蚀。 -
高温水蒸汽压力试验 (Pressure Cook Test)
此项实验提供两大气压的环境,通常使用于对制程品质验证之用,检验半导体封装之抗湿气能力。若使用非可靠度合理试验方式,部分材料例如BGA基板则易造成过度伤害。
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温度冲击试验 (Thermal shock Test / Liquid to Liquid)
与温度循环试验原理相同,其差异是加快温度变化速度,测定产品曝露于极端高低温情况下之抗力,可以侦测包装密封、晶粒结合、打线结合、基体裂缝等缺陷。 -
双槽式温度冲击试验 (Thermal Shock Test / Air to Air)
有别于传统 TCT 试验的温度变化率,双槽式温度冲击试验机适用体积较大之样品,可在极短的时间内将待测物由一温度转移至另一温度空间,对于特定环境如车用产品之验证更具有代表性。
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盐雾腐蚀试验 (Salt Spray Test)
盐雾试验可模拟零件在较恶劣环境下使用的金属腐蚀状况。此试验主要针对金属表面处理品质,尤其当产品使用在岛国环境或盐分较高的区域,产品因加速腐蚀造成接触不良时有所闻,盐雾试验可以快速验证制程或制造品质。
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气体腐蚀性试验 (Gas Corrosion)
由于地球空气污染日趋严重,处于此类工业环境中,不论工厂或汽机车之废气排放,均会造成对各类电子产品的危害。气体腐蚀试验的目的主要针对产品或元件表面电镀或涂佈的抗腐蚀品质进行验证,以确保产品使用的寿命。不同于盐雾测试,气体腐蚀的更具广度,也更贴近实际应用环境。
闳康科技网罗业界资深人员,在半导体元件可靠度测试上累计多年经验,为提供客户更便捷的服务平台,亦建置了整合技术服务 (Total Solution) 专责窗口,提供实验设计与整体规划等。为确保实验品质稳定性,本公司均采用国际知名品牌设备,提供客户最稳定测试结果与最佳测试环境。根据产品的技术规范以及客户的要求,闳康可以执行 MIL-STD、 JEDEC、IEC、JESD、AEC、 EIA... 等不同规范的可靠度的测试。
产品在设计时使用多种材料与组装方式,每一个零件在高低温、湿度或长时间应力下的反应都不同,加上消费者使用环境千差万别,可靠度考量也会随应用场景而改变。常见的环境压力来源包括:
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温度因子(高温、低温、急热、急冷、温度循环)
在动态温度环境下,化学反应速度加快,材料因热胀冷缩而产生结构变形,可有效暴露焊点、封装或结构的潜在问题。 -
湿度因子(高湿、温湿度循环)
高湿会导致腐蚀、漏电或吸湿膨胀;若同时遇到高温,材料更可能产生裂解。 -
特殊环境(低温低湿、高空、腐蚀性气体、日照、沙尘)
例如:低温低湿环境容易导致静电累积;酸雨则会加速金属腐蚀;户外设备需面对阳光曝晒与雨水冲击,防水防尘能力更受考验。
因此,环境应力试验能提前验证产品在极端环境下的可靠度与寿命,避免上市后发生失效,让产品在真实情境中更稳定耐用。
不同产品需选用不同试验组合
相较于电子元件的标准化测试程序,整机产品必须依实际使用环境来选择适合的测试因子,产品的复杂性越高,可靠度考量越细緻。。例如:
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户外设备:需加做日照、雨淋、防尘、防水与腐蚀试验
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车用电子:对温度循环、湿度与腐蚀更敏感
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航太/高空应用:必须通过高空减压试验
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工业设备:需强调温湿度复合测试与长时间可靠度