GB T 4937-1995 半导体器件机械和气候试验方法.pdf
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1、前言本标准是根据电工委员会 半导体器件机械和气候试验方法 和修改单对 进行修订 修订的标准与 标准等同该标准内容较多因此在标准文本前面增加了目次便于查阅本标准中章条图号和表格与 标准等同便于和国际标准接轨本标准由中华人民共和国电子工业部提出本标准由全国半导体器件标准化技术委员会归口本标准起草单位上海市电子仪表标准计量测试所中国电子技术标准化研究所本标准主要起草人倪月琴王长福前言修改单由 半导体器件技术委员会和 集成电路分会制定本修改单的文本以下列文件为依据六月法表决报告 二月法表决报告本修改单认可的所有表决资料可在上表所列的表决报告中找到 修改单由 中半导体器件技术委员会制定删除 表决报告本修
2、改单认可的所有表决资料可在上表所列的表决报告中找到中华人民共和国国家标准半导体器件机械和气候试验方法代替国家技术监督局 批准 实施第 篇总则范围和用途本标准列出了适用于半导体器件 分立器件和集成电路 的试验方法 使用时可从中进行选择 对于非空腔器件 可以要求补充的试验方法注 非空腔器件是指器件结构中封装材料与管芯的所有暴露表面紧密接触且没有任何空间的器件本标准已尽可能考虑了 基本环境试验规程目的确定统一的优选试验方法及应力等级的优选值以便评价半导体器件的环境性能如本标准与有关规范相抵触时应以有关规范为准术语定义和文字符号引用下列标准电工电子产品基本环境试验规程 总则电工电子产品基本环境试验规程
3、 试验方法电工电子产品基本环境试验规程 导则电工电子产品着火危险试验 针焰试验方法半导体器件 分立器件和集成电路半导体器件 集成电路标准大气条件引用 电工电子产品基本环境试验规程 总则除非另有规定 所有试验和恢复应在 中 和 规定的标准大气条件下进行 其条件是温度相对湿度 适用时气压所有的电测量以及测量之前的恢复应在下列大气条件下进行温度相对湿度 适用时气压基准试验应在下列标准大气条件下进行温度相对湿度气压在进行测量之前应使样品贮存直到温度平衡为止测量过程中的环境温度应在试验报告中加以说明在测量过程中样品不应受到气流 光照或可能引起误差的其他影响外观检查和尺寸检验外观检查目的验证材料的物理性能
4、 器件的设计 结构标志和工艺与适用详细规范的要求范围本试验适用于器件制造商的出厂检验或用户的进厂检验光电器件的光学系统附加要求必须在适用处加以说明定义缺损包封材料中由无意损坏产生的凹坑试验设备本试验使用的设备应能证实器件是否符合要求 该设备可以放大 倍而且有相当大的视场例如带照明的圆形放大镜试验方法根椐适用规范和 中列出的判据要求 应放大 倍除非另有规定 视野能看见整个器件的条件下对器件进行检查 若怀疑器件附着外来物时可用流速最大为 的清洁过滤空气 抽气或吹气处理若器件对静电敏感时则用离子化空气失效判据如果器件出现以下任一情况则判为不合格器件型号 引出端标识 标志 内容位置和清晰度 材料结构和
5、工艺不符合适用的规范要求由于制造 操作或试验中所引起的缺陷或损坏包封中的损坏凹坑或裂纹 包封表面的裂纹 划伤 缝隙 气泡不应构成失效除非这些缺陷影响包封性能或与本方法其他判据如标志 涂层等相违背表面有线度大于 或深度超过 的缺损 除非另有规定例如对超小型包封缺损使密封玻璃 缺损前此部份不暴露或设计上不应暴露的内部材料诸如引线架或导电层暴露可见的腐蚀污染或破损的迹象 引线折断密封破裂玻璃弯月形除外 电镀层的剥落 起皮气泡等缺陷 电镀层退色不应构成失效除非有起皮针孔或腐蚀的迹象 对非常小的管壳在有关规范中可规定更严格的要求引线未对准或改变了原来的正常位置 或引线有急弯或未加规定的弯曲 带状引线对正
6、常引线平面有扭曲引线上沾有诸如漆或其他粘合物之类的无关材料有关规范应给出的内容下列细节在适用的文件中规定标志和引出端或管脚标识要求 见详细的外观要求在图上规定缺损尺寸 若不同于 的规定尺寸检验有关规范所给出的尺寸必须检验电测量对于环境试验而言 应从 或 有关接收和可靠性 章节中选择要检查的特性 各种器件类别均规定了需检查的特性测量条件 见 或 有关接收和可靠性 章节中的耐久性试验条件表初始测量如果只要求规范上限判据和或 规范下限判据时 制造厂可自行决定是否进行初始测量当以各个器件的各个值为判据时则应进行初始测量环境试验过程中的监测适用时才规定最后测量当有关规范要求把某项试验作为一组试验分组的一
7、部分时 只要求在该组试验终了时进行测量对于某些试验 例如可焊性或引线疲劳 则可采用电参数不合格的器件第 篇机械试验方法根据器件类型和封装形式来选择适合的试验方法 有关规范应规定哪些试验是合适的引出端强度引用 电工电子产品基本环境试验规程 试验 引出端及整体安装件强度拉力本试验应按试验 的规定其特殊要求如下在 条中改为试验后 放大 倍进行检查如果出现断裂密封弯月面处除外 松动或引线或引出端 与器件管体之间相对移动时 器件应拒收弯曲本试验应按试验 的规定其特殊要求如下在双列直插式封装或类似封装结构使得采用方法 进行试验是困难的或行不通的情况下 对于这种管体封装结构只推荐 条 方法扭力本试验应按试验
8、 规定其特殊要求如下方法应采用方法 严酷度 或方法失效判据当去掉应力之后将其放大 倍进行检查时出现任何断裂 密封弯月面处除外 松动或在引出端与器件管体之间出现相对移动 都应视作器件失效转矩螺栓的转矩试验本试验应按试验 的规定 其特殊要求如下如果器件出现下列情况中的任何一种该器件就应视为失效螺栓破裂或伸长超过螺矩的有螺纹磨损或管座变形的迹象试验后器件通不过电测量 如果适用引出线的转矩试验 新的试验目的确定器件经装配后 在检查或维修过程中引出端可承受的外加扭力的能力试验方法器件应牢固地固定并在被试引出端上缓慢地施加转矩或扭力直至扭转角达到 或达到规定的转矩 以首先出现的状态为准然后将 的转矩加到距
9、管体 的引出端上 或加在离引出端末端 以内 如引出端不足 时的地方 使引出端恢复到原来位置应在每个方向上施加转矩当器件具有靠近管体形成的引出端时 可在距引出端根部 处施加转矩最后测量试验后将其放大 倍进行检查 如果引出端出现断裂松动或者引出端与管体之间出现相对移动的任何迹象器件应拒收有关规范中应给出的内容被试引出端的选择及数量锡焊引用 电工电子产品基本环境试验规程 试验 锡焊试验方法可焊性本试验应按试验 的规定其特殊要求如下当选择方法 时引出端经受焊槽法 引出端浸入槽内到离器件底平面 以内或浸入到有关规范中规定的其他距离注 当浸入的长度距器件底平面达不到 时 则可采用其他失效判据并应加以规定当
10、选择方法 时引出端经受 号烙铁头的烙铁焊接法 烙铁焊接处与器件管体的距离应按有关规范的规定烙铁焊接的时间应为当选择方法 时引出端经受焊球法 各引出端均在离器件管体 的点上进行试验 引线应在 时间内沾上焊料良好润湿的判据在放大 倍进行观察时 润湿表面应覆盖一层平滑而光亮的焊料涂层其分散的缺陷如针孔或未润湿面积的痕迹不大于 这些缺陷不应集中在一处老化有关规定中需加速老化时 优先采用 老化 可使用老化 不使用老化 和去湿 按试验 第 条除非有关规范要求试验不作强行规定耐焊接热本试验应按试验 的规定其特殊要求如下方法应采用浸入时间为 的方法 或应采用方法塑封表面安装器件 耐潮气和焊接热组合影响目的本节
11、提供评价塑封表面安装器件 耐焊接热试验方法 本试验是破坏性的一般说明焊接热产生的潮气气压在存贮期间吸收的潮气 能导致塑封表面安装器件 塑封外壳破裂和电气性能失效 这些问题需要评定 在本方法中 浸在潮气环境后以评价器件的耐热性能 此环境模拟器件储存在仓库或干燥的包装箱中吸收的潮气试验设备和材料潮湿箱潮湿箱应能提供一个按照 中所规定的温度和相对湿度的环境回流焊接装置气相焊接装置和红外回流焊接装置 能提供按照 和 所规定的焊接热温度分布图在经受焊接热过程中 如图 对封装表面的温度分布进行测量来调整回流焊设备注粘合剂必须具有良好的热导率图 样品的温度分布测量法基座在有关规范中除非另有规定诸如 铝环氧
12、玻璃纤维聚酰亚胺或者金属网等板材都能作为基座样品用普通的方法安装在图 所示的位置上焊槽焊槽按照 给出的焊接热条件气相焊接的溶剂应采用全氟异丁烯焊剂在有关规范中除非另有规定 按照 附录 中规定 焊剂含 重量的松香和重量的异丙醇焊料焊料的成分按照 附录 中规定程序初始测试外观检查外观检查按本标准第 篇第 章的规定电性能测试电试验按有关规范要求进行预处理样品在 或低于该温度的最高额定温度下进行烘焙注 如果温度低于 必须预处理 以上潮气浸渍根据 要求潮气浸渍温度为 相对湿度和浸渍时间在下列表中选择方法 温度 相对湿度 浸渍时间焊接热除非在有关规范中另有规定样品在潮气中浸渍结束后 内经受焊接热试验 按照
13、相应规范从本条 中选择焊接热试验方法及条件无论选择哪一种方法应由一个循环组成汽向焊加热法准备样品安装在基座上预热除非另有规定 样品应在气相焊接装置内以 的温度预热焊接热进行预热后 样品的温度应升高当样品温度升至 时应恒温 见红外回流焊加热法准备样品安装在基座上预热除非另有规定 样品应在红外加热回流焊接装置内以 的温度预热焊接热预热后 样品温度应升至最高点 然后降至室温 见预热后 应按 图 给出样品温度焊焊槽加热法浸入焊剂在室温下将样品的引出端浸入焊剂中焊料表面的清洁用一种不锈钢刮刀或等效的工具把熔融焊料的表面刮净浸入焊槽除非在有关规范中另有规定 样品应如图 所示浸入熔融焊料其深度为 浸入和取出
14、速度为 根据焊接工艺的实际情况 从下表中选择温度和浸入时间去除残余焊剂浸入焊槽后 残余焊剂应去掉图 浸入方法方法 焊料温度 浸入时间 备注单波单波双波恢复如果在有关规范中规定要恢复样品应在标准大气条件下恢复恢复时间按规范规定最后测试外观检查本标准第 篇第 章规定 试验后应进行外观检查电性能测试按有关规范规定 应进行电性能测式有关规范应给出的内容基座材料焊剂的成份失效判据 和预处理潮气浸渍焊接热的方法和条件浸入和取出的深度和速度恢复条件潮气浸渍的说明潮气浸渍导则表中给出的方法 和方法 是用作 器件的鉴定试验 而方法 则用作验收试验方法 适用于干燥包装的 器件而方法 则适用于非干燥包装存放在标准大
15、气条件下的器件用方法 的条件潮气浸渍后 进行焊接热而发生包封开裂时 建议该器件进行干燥包装或存放在干燥的大气中如果用方法 条件潮气浸渍后 由于焊接热而发生包封开裂 建议该器件焊在 上之前进行预烘干潮气浸渍条件的考虑依据包封中的潮气是由于进入树脂中的水份扩散而产生的 由于在焊接过程中包封开裂从管芯焊片或管芯附近发生 因此需要对树脂潮气含量进行测定 在温度 相对湿度 下的潮气浸渍的例子示于图 图 给出从包封背面到管芯焊片 树脂厚度若为 饱和需为了模拟器件干燥包装或仓库贮存 月 月焊接热试验必须达到饱和水气进入树脂的扩散速度仅取决于温度 已知图 定义的树脂厚度 下潮气的饱和时间与树脂厚度的关系如图
16、图 表明对一般 器件树脂厚度采用 潮气需要浸渍时间为如图 所示树脂中饱和潮气含量取决于温度和相对湿度之间的关系 用图 能够决定潮气浸渍要求的相对湿度 以致 下潮气含量能够对应于室温下的潮气含量 如表 所示 用图 决定焊接热试验的潮气浸渍条件图 给出了在潮气浸渍和在实际贮存条件下管芯或管芯焊片附近树脂的潮气含量表 实际贮存条件和焊接热试验前等效的潮气浸渍条件的比较方法 实际贮存条件 在 下潮气浸渍的相对湿度典型温度 相对湿度典型温度 相对湿度图 在 下潮气扩散的过程注 或 哪个较厚取决于树脂厚度图 树脂厚度的确定图 下潮气浸渍时间与树脂厚度的函数关系图 温度与树脂的饱和潮气含量的关系图 在几种条
17、件下 管芯焊片或管芯附近树脂中潮气含量与树脂厚度的关系器件的潮气含量 常用来指示 的潮气含量 然而 的测量应小心地采用 这是由于下列原因如果 是稳定的由于器件贮存条件的不同器件表面含有大量潮气 而内部是干燥的反之亦然如果树脂潮气含量是稳定的 根据器件中树脂的比例 是变化的潮气含量测定程序之类器件的潮气含量测量程序器件称重精确到每个器件按有关规范中允许采用的贮存温度绝对最大额定值 器件在 下干燥 或 下干燥允许器件在 内冷却至室温器件重新称重器件的潮气含量 以下列等式计算回流焊接热的温度分布图气相焊接的温度分布图用气相焊接的器件焊接试验应按图 所示的温度分布图进行红外回流焊接的温度分布用红外回流
18、焊接的器件的焊接试验应按图 所示的温度分布图进行图 气相焊接的温度分布图 图 红外回流焊接的温度分布图正弦振动引用 电工电子产品环境试验 第 部分 试验方法试验 和导则振动正弦本试验应按试验 的规定其特殊要求如下试验过程中器件的引线和管体应牢固固定扫描持续时间加速度频率范围每个轴向的循环次数冲击引用 电工电子产品环境试验 第 部分试验方法试验 和导则冲击本试验应按试验 的规定其特殊要求如下应从下表中选择适当的条件选择时要考虑到器件的质量及内部结构峰值加速幅度 持续时间 波 形半正弦波半正弦波半正弦波器件应在三个互相垂直轴的两个方向上都承受三次连续冲击 即冲击总次数为 次垂直轴的选择应使失效能充
19、分暴露在试验的过程中器件的管体和引线应牢固地固定恒定加速度引用 电工电子产品基本环境试验规程 试验 恒加速度试验方法电工电子产品基本环境试验规程 试验 恒加速度试验方法本试验应按试验 的规定其特殊要求如下安装按照 电工电子产品环境试验 第 部分试验方法 元件 设备和其他产品在冲击 碰撞 振动 和 和稳态加速度 等动力学试验中的安装要求和导则 中的第章 管壳应夹紧引线加以约束除非另有规定 应沿着一个轴向施加加速度 时间至少 轴向的选择应使力加在使管芯拉脱的方向优选的严酷度键合强度试验概述目的用来测定键合强度或确定是否符合规定的键合强度的要求试验的一般说明介绍六种方法每种方法都有各自的用途方法 和
20、方法 用于直接对内引线施加拉力 以试验器件内部的键合强度方法 用于器件外部的键合 它是在引线或引出端 与底盘 或基片之间施加剥离的应力方法 用于内部键合 它是在芯片和基片之间或对类似的面键合结构施加剪切应力方法 和方法 用于外部键合 它是在芯片和基片之间施加推脱应力或拉脱应力试验装置说明适用于所有方法该试验装置应由适用的装置组成 即能按试验方法的要求把规定的应力加到键合点 内引线 金属丝或引出端上在失效时应能指示所加的应力 试验装置应经过检定精度为 测量 以内的应力应具有 的精度而测量 之间的应力则应具有 的精度 测量超过 的应力其精度应为指示值的方法 和方法 也见本条附录范围本试验适用于管壳
21、内部的金属丝与芯片金属丝与基片或金属丝与引出端的键合 此类半导体器件的金属丝连接是采用焊接热压焊超声焊和其他键合技术试验方法的一般说明方法 金属丝拉力 分别施加于各键合点上把连接芯片和基片的金属丝剪断 以便得到供拉力试验用的两个端头 在金属丝较短的情况下 要在靠近金属丝一端外剪开 以便在另一端进行拉力试验 金属丝应用适合的夹具紧固 并按如下方式将单一的拉力作用到金属丝或夹具当金属丝被夹具夹紧时 上 在楔形键合的情况下 施加拉力的作用方向与芯片 或基片 表面法线方向的夹角不大于 或在针脚焊 平缝焊 的情况下 拉力的作用方向与芯片 或基片 表面水平方向的夹角不大于方法 金属丝拉力 同时加在两个键合
22、点上将一个弯钩伸入连接芯片 或基片 与引出端的金属丝下面 当夹紧器件时将拉力加在弯钩上 拉力基本上施加在金属丝的中央其拉力的方向应与芯片 或基片 表面的法线或与两键合点间连线的垂直线的夹角不大于试验的拉力应逐步施加到金属丝拉断或键合点开裂 或直到规定的最小拉力为止失效判据为决定能否接收应记录金属丝拉断或键合点开裂时的拉力数值并与表 中给出的数值进行比较 见注按另一种方法把拉力增加到规定的最小值 见注 如果金属丝既未拉断而键合点也未开裂 则可以认为此键合通过了拉力试验注 在有关的场合 例如方法 应采用附录中给出的有关数据修正拉力值表试验方法金属丝成分和直径最小拉力密封前 密封后和其他工艺或筛选适
23、用时垂直于芯片 平行于芯片垂直于芯片平行于芯片或或或或或见图注对于带状引线其试验条件与截面积相等的圆引线的直径的条件相同进行密封后的开帽检验时 要小心切勿损坏键合点失效的分类当规定时 金属线或键合点断裂应按如下分类金属线在颈缩点断开 由于键合工序引起截面减小金属线在颈缩点以外断开在芯片键合处在金属线与金属化之间的界面上失效在基片管壳接线柱或芯片以外其他任何点的键合处 在金属线与金属化之间的界面上 失效金属化层从芯片翘起金属化层从基片或管壳接线柱翘起芯片断裂基片断裂注 方法 不推荐用来测量键合强度的绝对值 见本条附录 但该方法可在生产过程中用作键合质量的比较试验方法范围本试验通常用于器件封装的外
24、部键合方法 键合的剥离应按这样的方式夹紧或固定引线 或引出端和器件的管壳在引线 或引出端 和管座 或基片 之间施加一规定角度的剥离应力 除非另有规定所用的角度为拉力应逐步增加到引线或引出端或键合点断裂 或达到最小的拉力失效判据为了确定能否接收 应记录键合断裂时的拉力值并与表 给出的值进行比较施加拉力时只有键合本身首先出现失效 试验结果才是有效的 键合本身的断裂算作失效便是最好的例子另一种方法是将拉力增加到规定的最小值 如果引线或引出端 或键合点均未断裂 便可认为该键合已通过该试验失效的分类当规定时 引线 或引出端 或键合点断裂应按如下分类引线或引出端 在变形区断裂 焊接影响区引线或引出端 在非
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