【導讀】本係列文章詳細介紹了半導體後端工藝
，涵蓋了從不同類型的半導體封裝、fengzhuanggongyijicailiaodenggegefangmian。zuoweibenxiliedeshoupianzhizuo，benwenjiangjieshaobandaotidekekaoxingceshijibiaozhun。chulexiangxijieshaoruhepingguhezhidingxiangguanbiaozhunyiwai
，haijiangjieshaozhenduibandaotifengzhuangyuqishouming、半導體封裝在不同外部環境中的可靠性，及機械可靠性等評估方法。

本係列文章詳細介紹了半導體後端工藝
，涵蓋了從不同類型的半導體封裝、fengzhuanggongyijicailiaodenggegefangmian。zuoweibenxiliedeshoupianzhizuo，benwenjiangjieshaobandaotidekekaoxingceshijibiaozhun。chulexiangxijieshaoruhepingguhezhidingxiangguanbiaozhunyiwai，haijiangjieshaozhenduibandaotifengzhuangyuqishouming

、半導體封裝在不同外部環境中的可靠性，及機械可靠性等評估方法。

什麼是產品可靠性
？

半導體產品的質量取決於其是否可以充分滿足指定的標準及特性
；而(er)半(ban)導(dao)體(ti)產(chan)品(pin)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)，是(shi)指(zhi)在(zai)一(yi)定(ding)時(shi)間(jian)內(nei)無(wu)故(gu)障(zhang)運(yun)行(xing)，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)客(ke)戶(hu)滿(man)意(yi)度(du)和(he)複(fu)購(gou)率(lv)的(de)能(neng)力(li)。以(yi)此(ci)為(wei)前(qian)提(ti)
，失(shi)效(xiao)是(shi)指(zhi)在(zai)產(chan)品(pin)使(shi)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong)發(fa)生(sheng)的(de)故(gu)障(zhang)


，而(er)缺(que)陷(xian)是(shi)指(zhi)在(zai)產(chan)品(pin)製(zhi)造(zao)或(huo)檢(jian)驗(yan)過(guo)程(cheng)中(zhong)發(fa)生(sheng)的(de)錯(cuo)誤(wu)。因(yin)此(ci)
，產(chan)品(pin)缺(que)陷(xian)屬(shu)於(yu)質(zhi)量(liang)問(wen)題(ti)，而(er)產(chan)品(pin)在(zai)保(bao)修(xiu)期(qi)內(nei)頻(pin)繁(fan)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)則(ze)屬(shu)於(yu)可(ke)靠(kao)性(xing)問(wen)題(ti)。

圖1：質量與可靠性的區別（ⓒ HANOL出版社）

圖1列舉了質量及可靠性在含義和特性方麵的區別。具體來講，可靠性是指係統、零件或材料在特定的時間
、julihuoshiyongpincixia，baochichushizhilianghexingnengdenengli。yaomanzuzheyidian，jiubixuyaoqiuchanpinzaizhidingtiaojianxia，ruguidingshiyongfangshihuotedingdehuanjingyinsuzhongbaochiwuguzhangyunxingzhuangtai。yinci，bandaotiqiyezaichanpinliangchanqian
，bixuxianpingguchanpindezhilianghekekaoxingshifoudadaoxingyebiaozhun。ciwai，zaichanpinliangchanqijian

，qiyeyeyingdingqijianzhachanpindezhilianghekekaoxing。

評估產品可靠性最為重要的一步，是事先明確可靠性評估標準。舉例來說，如果一家企業準備出貨100件產品，那麼該企業則需要考慮以下問題：這些產品中有多少件在三年後依然可以正常使用？產品使用期間的運行模式？能否保證90%的產品在五年後仍可正常使用？95%的產品可以正常使用多長時間？

驗證這些標準需進行測試。理想情況下，產品需接受三年期、wunianqishenzhigengchangqixiandeceshi，yiquebaoqizaibutongshijianfanweineidekekaoxing。danruguojiangdaliangshijianhuafeizaichanpinpinggushang，huishichanpinliangchanshijiandafudutuichi。yinci，qiyetongchanghuicaiyongjiasuceshihetongjijishulaipinggukekaoxing，ciwai，haikeyitongguokekaoxinghanshu、產品壽命分布、及平均壽命等計算方式，在較短時間內完成可靠性驗證。

國際半導體標準化組織(JEDEC)標準

bandaotishejihezhizaoqiyekeyizixingpingguqixiachanpindekekaoxing，bingjiangpinggujieguotigonggeikehu，kehukegenjupinggujieguolaipandingchanpinshifoumanzuqixuqiu

，huozixingkaizhankekaoxingpingguceshi。danruguobandaotiqiyehekehucaiyongdepinggubiaozhuncunzaichayi，nameshuangfangjiubudebuduibiaozhunjinxingtongyi
，erzheshiyixiangfeichanghaoshidegongzuo。zuoweijiejuefangan，bandaotiqiyetongchanghuicaina“國際半導體標準化組織旗下固態技術協會1”（簡稱JEDEC）規定的標準
，來同時滿足企業及客戶的需求。

1JEDEC旗下固態技術協會（JEDEC Solid State Technology Association）：為微電子行業製定統一標準和出版物的領導機構。

JEDEC的主要職責是幫助製造商和相關組織
，共同審查和製定如集成電路（Integrated Circuit）等電子設備的統一標準。隨著其所製定的標準被廣泛視為國際標準，JEDEC已成為實際意義上的全球半導體行業標準製定機構。

該組織董事會（Board of Directors, BoD）負責決定政策和程序
，並擁有JEDEC標準的最終審批權。此外，JEDEC下設眾多委員會（JEDEC Committee, JC）
，為各自擅長的專業領域製定標準。其中，部分重要的服務半導體行業的委員會及其職責為：JC-14固態產品質量與可靠性委員會，負責為固態產品製定相關標準
；JC-11機械標準化委員會
，負責製定模塊及半導體封裝外觀標準；JC-42固態存儲器委員會，負責製定DRAM標準；JC-63多芯片封裝委員會，負責製定移動多芯片封裝標準。

ruguomouqiyexiangyaoweiqixiachanpinzhidingbiaozhun，shouxiankeyitijiaobiaozhuntian，youxiangyingdeweiyuanhuichengyuanjinxingtoupiaobiaojue。wulunguimodaxiao
，meijiaqiyejunyouyipiaotoupiaoquan。weiyuanhuitoupiaotongguohou，biaozhuntianhaixujingyoudongshihuitoupiaozaicibiaojue，liangluntoupiaotongguohou
，tianjiangbeiqueliweiJEDEC標準，並向各行業公示。

評估產品壽命的可靠性測試

除國際評估標準外
，還有許多用於評估產品可靠性的指標，包括評估半導體產品壽命的指標。

早期失效率

早期失效率（Early Failure Rate, EFR）用(yong)於(yu)估(gu)算(suan)產(chan)品(pin)在(zai)用(yong)戶(hu)使(shi)用(yong)環(huan)境(jing)下(xia)，一(yi)年(nian)內(nei)發(fa)生(sheng)的(de)設(she)備(bei)故(gu)障(zhang)次(ci)數(shu)。對(dui)於(yu)某(mou)些(xie)產(chan)品(pin)而(er)言(yan)，由(you)於(yu)係(xi)統(tong)壽(shou)命(ming)不(bu)同(tong)
，或(huo)要(yao)求(qiu)更(geng)高(gao)標(biao)準(zhun)的(de)產(chan)品(pin)可(ke)靠(kao)性(xing)
，這(zhe)一(yi)期(qi)限(xian)可(ke)短(duan)至(zhi)六(liu)個(ge)月(yue)或(huo)延(yan)長(chang)至(zhi)一(yi)年(nian)以(yi)上(shang)。如(ru)圖(tu)2所示，老化測試（Burn-in）2用(yong)於(yu)篩(shai)查(zha)可(ke)能(neng)在(zai)短(duan)期(qi)內(nei)失(shi)效(xiao)的(de)產(chan)品(pin)，而(er)早(zao)期(qi)失(shi)效(xiao)率(lv)用(yong)於(yu)驗(yan)證(zheng)篩(shai)查(zha)後(hou)產(chan)品(pin)的(de)潛(qian)在(zai)失(shi)效(xiao)率(lv)是(shi)否(fou)保(bao)持(chi)在(zai)可(ke)接(jie)受(shou)的(de)水(shui)平(ping)。測(ce)試(shi)條(tiao)件(jian)根(gen)據(ju)相(xiang)關(guan)半(ban)導(dao)體(ti)產(chan)品(pin)的(de)溫(wen)度(du)及(ji)電(dian)壓(ya)加(jia)速(su)因(yin)子(zi)進(jin)行(xing)設(she)定(ding)和(he)評(ping)估(gu)。

2老化測試（Burn-in）：是指對產品施加電壓和溫度應力，以便在早期階段消除產品潛在缺陷的測試。封裝後執行的老化測試被稱為“老化中測試（TBDI）”。

圖2：浴盆曲線中的早期失效率（EFR）區，及產品失效率隨時間發生變化的三個階段（ⓒ HANOL出版社）

高低溫工作壽命測試

高溫工作壽命（High Temperature Operating Life Test, HTOL）測ce試shi是shi最zui常chang見jian的de產chan品pin壽shou命ming評ping估gu類lei型xing之zhi一yi
，旨zhi在zai評ping估gu產chan品pin在zai使shi用yong期qi間jian由you溫wen度du和he電dian壓ya應ying力li引yin起qi的de問wen題ti。高gao溫wen工gong作zuo壽shou命ming測ce試shi是shi相xiang對dui全quan麵mian的de測ce試shi方fang式shi，它ta不bu僅jin可ke以yi評ping估gu早zao期qi失shi效xiao，同tong時shi可ke以yi識shi別bie由you事shi故gu或huo損sun耗hao造zao成cheng的de失shi效xiao問wen題ti。同tong樣yang，低di溫wen工gong作zuo壽shou命ming（Low Temperature Operating Life Test, LTOL）測試可用於評估因受到熱載流子（Hot Carrier）3影響而發生失效的概率
，但由於施加了電壓和溫度，也存在導致產品失效的其它情況發生。

3熱載流子（Hot Carrier）：晶(jing)體(ti)管(guan)尺(chi)寸(cun)縮(suo)小(xiao)並(bing)導(dao)致(zhi)通(tong)道(dao)變(bian)短(duan)後(hou)，電(dian)場(chang)會(hui)被(bei)增(zeng)強(qiang)。熱(re)載(zai)流(liu)子(zi)是(shi)在(zai)此(ci)現(xian)象(xiang)發(fa)生(sheng)後(hou)
，所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)極(ji)度(du)活(huo)躍(yue)的(de)移(yi)動(dong)電(dian)子(zi)。一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo)，這(zhe)種(zhong)短(duan)通(tong)道(dao)效(xiao)應(ying)發(fa)生(sheng)在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)晶(jing)體(ti)管(guan)中(zhong)。

高溫存儲壽命測試

高溫存儲壽命（High Temperature Storage Life, HTSL）測試用於評估產品在高溫儲存條件下的可靠性。受擴散、氧化、金屬間化合物形成、及封裝材料化學降解等因素影響
，高溫儲存條件可能會對產品壽命產生影響。

耐久性和數據保留性能測試

耐久性測試用於評估NAND閃存等產品可以承受的編程/擦除（Program/Erase, P/E）周期的次數。對於NANDchanpineryan，yigeguanjiandekekaoxingpingguzhibiaoshishujubaoliunengli。gaizhibiaohengliangdeshi
，zaiwudianyuangongyingqingkuangxiadeyidingshijiannei，shujuzaicunchudanyuanzhongkebaoliudeshichang。

各種外部環境條件下的可靠性測試

導dao致zhi半ban導dao體ti產chan品pin失shi效xiao的de外wai部bu環huan境jing條tiao件jian誘you因yin有you許xu多duo。因yin此ci
，產chan品pin在zai被bei運yun往wang目mu的de地di之zhi前qian
，需xu接jie受shou特te定ding環huan境jing條tiao件jian下xia的de可ke靠kao性xing測ce試shi，以yi確que保bao其qi能neng夠gou經jing受shou住zhu不bu同tong環huan境jing條tiao件jian的de考kao驗yan。

預處理測試

完成產品裝運和儲存後，可通過預處理測試來評估客戶使用過程中可能出現的問題，如吸濕性（Hygroscopic）4和熱應力等影響產品可靠性的因素。預處理通過模擬產品在出售、運送給客戶的過程中、打(da)開(kai)真(zhen)空(kong)包(bao)裝(zhuang)，及(ji)係(xi)統(tong)安(an)裝(zhuang)等(deng)各(ge)個(ge)環(huan)節(jie)的(de)狀(zhuang)態(tai)
，評(ping)估(gu)其(qi)在(zai)潮(chao)濕(shi)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。預(yu)處(chu)理(li)是(shi)環(huan)境(jing)條(tiao)件(jian)可(ke)靠(kao)性(xing)測(ce)試(shi)的(de)先(xian)決(jue)條(tiao)件(jian)

，包(bao)括(kuo)溫(wen)濕(shi)度(du)偏(pian)壓(ya)（Temperature Humidity Bias, THB）測試、高加速應力（Highly Accelerated Stress Test, HAST）測試及熱循環（Thermal Cycle, TC）測試。

4吸濕性（Hygroscopic）：從空氣中吸收水分的現象。在半導體行業內，此現象會導致半導體器件失效。

評估順序依次為熱循環、烘烤
、吸熱、回流焊。圖3展示了將預處理測試應用於封裝、運輸和係統安裝環節等的流程。

圖3 生產、運輸和使用與預處理測試條件的關係（ⓒ HANOL出版社）

熱循環測試

熱循環（TC）ceshishipingguchanpinzaibutongdeyonghuhuanjingzhong，kenengchuxiandeshunshiwendubianhuashichanpindenaishouxing。bandaotifengzhuanghemokuaiyoubutongcailiaozucheng，erbutongcailiaoderepengzhangxishu（Coefficient of Thermal Expansion, CTE）5各不相同，這會導致由於應力作用而引起的疲勞失效，這種應力一般是在熱變化發生後，因膨脹和收縮所產生的。

5熱膨脹係數（Coefficient of Thermal Expansion）：一種材料性能，用於表示材料在受熱情況下膨脹的程度。

rexunhuanceshidezhuyaomudeshiceliangwendubianhuashi，bandaotifengzhuangchengshouyinglidenengli，dangaowenhediwenyingliyekenengdaozhixuduoqitashixiaowenti。changshijianderechongjikeyongyuyanzhengbandaotigezhongfengzhuangcailiaoyinyingliherepengzhangyinsu
，zaochengdejiemianfenceng（Interfacial Delamination）6
、內外封裝裂紋

、xinpianliewendekenengxing。ciwai，youyulvsechanpinfaguiduiqiandengyouhaiwuzhishiyongdexianzhi，yijibianxieshiyidongshebeidengyingyonglingyudekuozhan
，handiandezhongyaoxingyurijuzeng
，errexunhuanyeshipingguhandiankekaoxingdeyizhongyouxiaoceshifangfa。

6界麵分層（Interfacial Delamination）：指半導體封裝中

，界麵相互分離。

溫濕度貯存測試和溫濕度偏壓測試

溫濕度貯存（Temperature Humidity Storage, THS）測ce試shi用yong於yu評ping估gu半ban導dao體ti產chan品pin承cheng受shou高gao溫wen和he高gao濕shi條tiao件jian下xia的de耐nai受shou性xing。為wei了le確que定ding合he適shi的de曝pu露lu時shi間jian
，建jian議yi通tong過guo測ce量liang打da開kai防fang潮chao包bao裝zhuang後hou的de吸xi濕shi量liang以yi模mo擬ni實shi際ji的de使shi用yong環huan境jing。同tong時shi


，溫wen濕shi度du偏pian壓ya（THB）測試通過向產品施加電偏壓（Electrical Bias）7defangfalaipingguqifangchaoxingneng。jinguandaduoshushixiaoyuanyinshiyoulvfushiyinqide，danwenduyingliyehuizaochengqitaqianzaiwenti。gaiceshihaikeyiyongyujianceqitafengzhuangkekaoxingwenti
，lirushiqishenruyinxianjianxixiaokongxihuomosukongeryinfadehanpanjinshufushiwenti，yijishiqitouguobaohumokongxishenruerdaozhideshixiaowentideng。

7電偏壓（Electrical Bias）：在兩點之間施加直流電（DC）以控製電路。

高壓爐測試

高壓爐測試（Pressure Cooker Test, PCT）是一種早期評估耐濕性的理想方式，其測試標準相較於溫濕度貯存測試和溫濕度偏壓測試更為嚴格。高壓爐測試又名蒸壓器（Autoclave）8測試
，該測試是在100%相(xiang)對(dui)濕(shi)度(du)和(he)高(gao)壓(ya)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)
，通(tong)過(guo)濕(shi)氣(qi)滲(shen)透(tou)來(lai)評(ping)估(gu)模(mo)塑(su)材(cai)料(liao)的(de)耐(nai)濕(shi)性(xing)以(yi)及(ji)模(mo)塑(su)結(jie)構(gou)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。此(ci)外(wai)，該(gai)測(ce)試(shi)還(hai)可(ke)以(yi)用(yong)於(yu)檢(jian)測(ce)由(you)引(yin)線(xian)及(ji)模(mo)塑(su)通(tong)孔(kong)間(jian)濕(shi)氣(qi)滲(shen)透(tou)所(suo)導(dao)致(zhi)的(de)產(chan)品(pin)失(shi)效(xiao)。

8蒸壓器（Autoclave）：一種高壓器具。在高壓容器處於高溫密封的情況下加入水，水會蒸發，從而增加壓力和濕度
，為高壓容器內的樣品創造必要條件。

類似於溫濕度儲存測試，高壓爐測試曾是用於厚半導體封裝可靠性測試的重要方法。然而，從目前JEDEC的(de)評(ping)估(gu)結(jie)果(guo)及(ji)最(zui)新(xin)的(de)國(guo)際(ji)趨(qu)勢(shi)來(lai)看(kan)，高(gao)壓(ya)爐(lu)測(ce)試(shi)對(dui)於(yu)當(dang)前(qian)的(de)封(feng)裝(zhuang)來(lai)說(shuo)
，應(ying)力(li)幅(fu)度(du)過(guo)大(da)。因(yin)此(ci)，這(zhe)項(xiang)測(ce)試(shi)方(fang)法(fa)需(xu)根(gen)據(ju)封(feng)裝(zhuang)類(lei)型(xing)有(you)選(xuan)擇(ze)性(xing)地(di)使(shi)用(yong)。高(gao)壓(ya)爐(lu)測(ce)試(shi)主(zhu)要(yao)用(yong)於(yu)引(yin)線(xian)框(kuang)架(jia)產(chan)品(pin)，而(er)無(wu)偏(pian)壓(ya)高(gao)加(jia)速(su)應(ying)力(li)測(ce)試(shi)（UHAST）主要應用於基板產品。

無偏壓的高加速應力測試、高加速應力測試和高加速壽命測試

無偏壓高加速應力測試（UHAST）是通過對薄封裝的基底類型產品，如細間距球柵陣列封裝（FBGA）chanpinshijiayugaoyaluceshixiangsideyingli，laipingguchanpinkekaoxing。zheliangxiangceshizaishibiehefaxianchanpinshixiaoleixingfangmianyeyouxiangtongzhichu，gaoyaluceshicaiyongbaoheshiduhuo100%相對濕度來施加應力；而無偏壓高加速應力測試
，則采用與用戶環境相似的相對濕度為85%的非飽和濕度條件。該測試方法主要采用電偶腐蝕（Galvanic Corrosion）9或直接化學腐蝕。

9電偶腐蝕（Galvanic Corrosion）：一種當較活潑的陽極金屬與較耐腐蝕的陰極金屬在電解質溶液中接觸時，較活潑的金屬易被腐蝕的電化學過程。

另一項評估是高加速應力測試（HAST），用於評估非密封封裝在潮濕環境下的可靠性。這項測試采用與溫濕度偏壓測試相同的方法
， 引腳在靜態偏壓的狀態下，繼續向其施加溫度、濕 濕度及壓力應力。最後是高加速壽命測試（HALT），這是一種快速應力測試，有助於在產品設計階段識別和糾正設計缺陷。

機械因素可靠性測試

半導體產品在搬運、儲存
、運輸和運行過程中，會受到機械
、qihouhedianqiyinsuzaochengdehuanjingyali，zhexiefuhehuiyanzhongyingxiangchanpindeshejikekaoxing。yinci
，youbiyaoduikaifazhonghuopiliangshengchandechanpinjinxingpinggu
，yijiancecileiyichangqingkuang。zaipingguguochengzhong，zhizaoshangkeduichanpinshijiazhendong、衝擊或跌落等物理應力。

衝擊測試

衝(chong)擊(ji)測(ce)試(shi)通(tong)過(guo)模(mo)擬(ni)產(chan)品(pin)在(zai)搬(ban)運(yun)和(he)運(yun)輸(shu)中(zhong)可(ke)能(neng)受(shou)到(dao)的(de)衝(chong)擊(ji)
，來(lai)評(ping)估(gu)產(chan)品(pin)的(de)抗(kang)衝(chong)擊(ji)力(li)。典(dian)型(xing)的(de)衝(chong)擊(ji)測(ce)試(shi)包(bao)括(kuo)錘(chui)擊(ji)測(ce)試(shi)和(he)跌(die)落(luo)測(ce)試(shi)。錘(chui)擊(ji)測(ce)試(shi)時(shi)將(jiang)測(ce)試(shi)樣(yang)品(pin)固(gu)定(ding)在(zai)適(shi)當(dang)位(wei)置(zhi)，然(ran)後(hou)用(yong)錘(chui)子(zi)敲(qiao)擊(ji)；dieluoceshishizhirangchanpinziyouxiangxiadieluo。chuijiceshiyongyupingguchanpinkechengshoudechuijilihemaichongchengshounengli，yijichongjicishu。erdieluoceshizhong，ceshiyangpinxuyaozai1-1.2米的高度自由向下跌落，以模擬用戶的實際工作環境。

振動
、彎曲和扭轉測試

振動測試是用於產品在運輸期間可能發生振動的抵抗力評估
，通常采用符合JEDEC標準的正弦振動（Sine Vibration）10實驗方式。

10正弦振動（Sine Vibration）：頻率隨時間而變化的振動。

其它測試還包括彎曲測試和扭轉測試。彎曲測試用於評估因印刷電路板（PBC）翹曲或彎曲造成的焊點缺陷
；扭轉測試也被稱為扭曲或扭矩測試
，用於評估受到扭轉應力時，產品的焊點問題和翹曲承受力。

確保提供可靠的半導體產品

本篇文章所介紹的可靠性測試及標準，是確保這些重要元件符合當今科技世界嚴苛標準的根基。從環境條件測試
、機械因素測試，到產品壽命測試等各項評估方法
，皆體現了半導體行業致力於生產可靠、耐用產品的決心。值得一提的是
，SK海hai力li士shi不bu遺yi餘yu力li的de堅jian持chi旗qi下xia產chan品pin始shi終zhong采cai用yong最zui高gao可ke靠kao性xing標biao準zhun
，並bing不bu斷duan超chao越yue客ke戶hu預yu期qi。未wei來lai

，公gong司si將jiang緊jin隨sui不bu斷duan發fa展zhan的de技ji術shu趨qu勢shi，繼ji續xu完wan善shan和he審shen查zha可ke靠kao性xing測ce試shi。

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