環境應力試驗
環境應力試驗(Environmental Stress Test)是針對電子元件與產品在極端使用條件下的可靠度與耐久性所進行的系統性驗證,其核心目的在於確認元件構裝品質是否足以支撐實際應用需求。主要評估重點包含三大面向:封裝體的耐溫能力、吸濕與抗濕能力,以及保存與製程管制的穩定性。
從元件完成製造開始,到進入 SMT 或 DIP 組裝製程,首先面臨的便是高溫迴焊所帶來的熱衝擊;隨後,在產品實際使用階段,長時間的溫度、濕度與環境應力,將進一步影響元件壽命與失效率。因此,環境應力試驗是產品進入量產與市場前不可或缺的關鍵驗證流程。
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濕度敏感等級區分 (Moisture Sensitivity Level / MSL)
主要針對表面黏著型元件 (SMD) 或得經過 SMT 迴焊 (Reflow) 程序之零件類別進行驗證。判斷方式主要以超音波掃描 (SAT或SAM) 判斷脫層 (Delamination) 位置與脫層比率,並藉以制定濕度敏感等級。
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前處理 (Precondition Test)
與濕敏等級之測試方式相近,但目的不同。前處理的目的在於模擬零件自生產、運輸、至客戶上線使用這個循環過程,前處理的吸濕條件是根據零件之濕度敏感等級而來,但由於流程相似,業界許多零件廠商根據經驗將此兩項合併作業。
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溫度循環試驗 (Temperature Cycling Test)
溫度循環測試是可靠度試驗中相當重要的一項,利用零件冷熱交替幾個循環,透過膨脹係數的差異,檢驗對產品的疲勞老化 (Fatigue) 影響。本項實驗是最常使用的可靠度測試標準,與實際產品開關機使用狀況相近。 -
高溫貯存試驗 (High Temperature Storage Test)
此試驗目的在於驗證封裝材料的耐熱老化狀態,在持續高溫的狀態下,使封裝材料加速老化。
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低溫貯存試驗 (Low Temperature Storage Test)
此試驗目的在於驗證封裝材料的耐低溫狀態,在極低的溫度下,利用膨脹收縮造成機械變型,檢驗對元件結構所造成脆化而引發的裂痕。 -
溫濕度貯存試驗 (Temperature Humidity Storage Test)
透過高溫潮濕的環境,加速化學反應所造成的元件腐蝕現象,除靜態環境試驗外,常使用偏壓 (Bias) 測試封裝體金屬材料之離子遷移,也可同步測試產品的抗蝕性。
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高加速溫濕度試驗 (Highly Accelerated Stress Test)
與溫濕度貯存試驗原理相同,其差異在於在加濕過程中,由於更高的溫度產生大於大氣壓力的環境,更加速了腐蝕速度,引發封裝不良的產品內部因此而腐蝕。 -
高溫水蒸汽壓力試驗 (Pressure Cook Test)
此項實驗提供兩大氣壓的環境,通常使用於對製程品質驗證之用,檢驗半導體封裝之抗濕氣能力。若使用非可靠度合理試驗方式,部分材料例如BGA基板則易造成過度傷害。
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溫度衝擊試驗 (Thermal shock Test / Liquid to Liquid)
與溫度循環試驗原理相同,其差異是加快溫度變化速度,測定產品曝露於極端高低溫情況下之抗力,可以偵測包裝密封、晶粒結合、打線結合、基體裂縫等缺陷。 -
雙槽式溫度衝擊試驗 (Thermal Shock Test / Air to Air)
有別於傳統 TCT 試驗的溫度變化率,雙槽式溫度衝擊試驗機適用體積較大之樣品,可在極短的時間內將待測物由一溫度轉移至另一溫度空間,對於特定環境如車用產品之驗證更具有代表性。
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鹽霧腐蝕試驗 (Salt Spray Test)
鹽霧試驗可模擬零件在較惡劣環境下使用的金屬腐蝕狀況。此試驗主要針對金屬表面處理品質,尤其當產品使用在島國環境或鹽分較高的區域,產品因加速腐蝕造成接觸不良時有所聞,鹽霧試驗可以快速驗證製程或製造品質。
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氣體腐蝕性試驗 (Gas Corrosion)
由於地球空氣汙染日趨嚴重,處於此類工業環境中,不論工廠或汽機車之廢氣排放,均會造成對各類電子產品的危害。氣體腐蝕試驗的目的主要針對產品或元件表面電鍍或塗佈的抗腐蝕品質進行驗證,以確保產品使用的壽命。不同於鹽霧測試,氣體腐蝕的更具廣度,也更貼近實際應用環境。
閎康科技網羅業界資深人員,在半導體元件可靠度測試上累計多年經驗,為提供客戶更便捷的服務平台,亦建置了整合技術服務 (Total Solution) 專責窗口,提供實驗設計與整體規劃等。為確保實驗品質穩定性,本公司均採用國際知名品牌設備,提供客戶最穩定測試結果與最佳測試環境。根據產品的技術規範以及客戶的要求,閎康可以執行 MIL-STD、 JEDEC、IEC、JESD、AEC、 EIA... 等不同規範的可靠度的測試。
產品在設計時使用多種材料與組裝方式,每一個零件在高低溫、濕度或長時間應力下的反應都不同,加上消費者使用環境千差萬別,可靠度考量也會隨應用場景而改變。常見的環境壓力來源包括:
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溫度因子(高溫、低溫、急熱、急冷、溫度循環)
在動態溫度環境下,化學反應速度加快,材料因熱脹冷縮而產生結構變形,可有效暴露焊點、封裝或結構的潛在問題。 -
濕度因子(高濕、溫濕度循環)
高濕會導致腐蝕、漏電或吸濕膨脹;若同時遇到高溫,材料更可能產生裂解。 -
特殊環境(低溫低濕、高空、腐蝕性氣體、日照、沙塵)
例如:低溫低濕環境容易導致靜電累積;酸雨則會加速金屬腐蝕;戶外設備需面對陽光曝曬與雨水衝擊,防水防塵能力更受考驗。
因此,環境應力試驗能提前驗證產品在極端環境下的可靠度與壽命,避免上市後發生失效,讓產品在真實情境中更穩定耐用。
不同產品需選用不同試驗組合
相較於電子元件的標準化測試程序,整機產品必須依實際使用環境來選擇適合的測試因子,產品的複雜性越高,可靠度考量越細緻。。例如:
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戶外設備:需加做日照、雨淋、防塵、防水與腐蝕試驗
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車用電子:對溫度循環、濕度與腐蝕更敏感
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航太/高空應用:必須通過高空減壓試驗
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工業設備:需強調溫濕度複合測試與長時間可靠度