【电子行业标准(SJ)】 半导体器件 机械和气候试验方法

中华人民共和国电子工业推荐性部标准半导体器件机械和气候试验方法Semiconductor devices
mechanlcal and climatic test methods第I章总则
1范围和用途
SJ/Z9016-87
JEC749(1984)
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。对于非空控餐件，可以要求补充的试验方法。注：非空腔器件是指在器件设计中的封装材料与所有管芯的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SJ/Z9001--87（IEC68号）标准-基本环境试验规程。2目的
确定统一的优选试验方法及应力等级的优选值，以速评价半导体器件的环境性能。如本标准与有关规范相融时，应以有关规范为准。3术语、定义和文字符号
引用下列标准：
SJ/Z900187（IEC68号）标准——基本环境试验规程IEC747号标准一半导体器件（分立器件和集成电路），IEC748号标准一半导体器件（集成电路）。4标准大气条件
引用：SJ/Z9001.1--37（IEC68—1号标准第5版，1932），第1部分，总则和导则。
除非另有规定，所有试验和恢复应在IEC68一1号际准5.3条规定的标准大气条件下进行。其条件是：
温度：15~35℃
相对湿度，45%～75%（适用时），中华人民共和国电子工业部1987--09-14批准1
SJ/Z9016-87
气压，86~106kPa（860~1060mbar）。所有的电测量以及测盘之前的恢复应在下列大气条件下进行温度：25±50元
相对湿度：45%～75%（适用时），气压，86~106kPa（860~1060mbar）基准试验应在下列标准大气条件下进行：温度：25±10，
相对湿度：48%~52%
气压，86~106kPa（860~1060mbar）。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它影响。5且检和尺寸验证
自检应包括：
a）标志的一致性和耐久性（试验方法：正在考虑中），b）包括引出端在内的封装缺陷
包括引出端在内的封装工艺质量。5.2应验证有关规范中给出的尺寸。5.3若无其它规定，应很居器件的大小将其放大310倍来进行外观检查。6电测摄
6.1对于环境试验而言，应从IEC747或748号标准有关“接收和可靠性”的章节中选发检查的特性，各种器件类别规定了需检查的特性。6.2测量条件：见IEC747或748号标准有关“接收和可靠性”章节中的“耐久性试验条件”表。
6.8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。6.4环境试验过程中的监测
适用时才规定。
6.6最后测量
当有关规范要求拍某项试验作为一一组试验（分组）的一部分时，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。
$J/Z9016-87
第I童机械试验方法
根据器件类型和封装形式来选择适合的试验方法，有关规范应规定娜些试验是合适1引出靖强度
引用：SJ/Z9001.33-87（IEC68—2—21号标准第4版，1983）第2部分：试验U，引出端和整体安装件强度。
1.1拉力
本试验应按试验U.的规定，其特殊要求如下，在2.6条中改为：
试验后，在放大3～10倍下进行检查。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。
1.2弯曲
本试验应按试验U的见定，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1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4.2条，方法2。1.3扭力
本试验应按试验U。的规定，其特殊要求如下，方法
应采用方法A（严酷度2）或方法B。失效判据
当去掉应力之后将其放大10～20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。1.4转矩
1.4.1螺栓的转矩试验
本试验应按试验U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1/2
一有螺纹磨损或管座变形的迹象一试验后器件通不过电测量（如果适用）。1.4.2引出线的转矩试验一-新的试验（U）1.4.2.1日的
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。1.4.2.2试验方法
器件应卡固地固定并在被试引出端上缓漫地施加转矩或扭力，直至扭转角达到3
SJ/Z9016—87
30土10°或达到规定的转矩，以首先出现的状态为准。然后将1.4×10-2±1.4×10-3N·m的转矩加到距管体3.0±0.5mm的引出端上，或加在离引出端末端1mm以内（如引出端不足3mm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3.0士0.5mm处施加转矩。1.4.2.3最后测量
试验后，将其放大3～10倍进行检查。如果引出端出现断裂、松动或者在引出端与管体之间出现相对移动的任何迹象，器件就应被拒收。1.4.2.4有关规范中应给出的内容被试引出端的选择及数量
2锡焊
引用，SJ/Z9001,31-87（IEC68-2-20第4版，1979），试验T锡焊2.1可焊性
本试验应按试验T.的规定，其特殊要求如下：一当选择方法1时：
引出端经受焊槽法。引出端浸人槽内到离器件底平面1.5mm以内或浸人到有关规范中规定的其它距离。
注，当浸入的长度距器件的底平面达不到1.5mm时，则可采用其它失效判据并应加以规定。一当选择方法2时：
引出端经受A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3.5±0.5S。一当选择方法3时，
引出端经受焊球法。各引出端均在离器件管体5土1mm的点上进行试验。引线应在2.5S时间内沾上焊料。
良好润湿的判据
在放大10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应不大于5%。这些缺陷不应集中在一处。2.2耐焊接热
本试验应按试验T的规定，其特殊要求如下：方法
应采用浸入时间为10±1S的方法1A或应采用方法1B。3正弦振动
引用：SJ/Z9001.18—87（IEC68-2-6号标准第5版，1982），试验Fc和导则振动（正弦）及第1号修改（1983）。SJ/Z9016-87
本试验应按试验F。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一扫描持续时间，
一-加速度：196m/S2（20gn），频率范围：1002000Hz
-每个轴向的循环次数，15。
4冲击
引用：SJ/Z9001.23--87（IEC—2-27号标准，第2版，1972），试验E：冲击，第1号修改（1982）和第2号修改（1983）。本试验应按试验E，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
14700m/s2（1500ga）
4900m/s*（500gn）
980m/s2（100gn)
持续时间
半正弦波
半正弦波
半正弦波
器件应在三个五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18次（见IEC68—2—27号标准5.2条），垂直轴的选择应使失效能充分累露。在试验的过程中器件的管体和引线应牢固地固定。5稳态加速度
引用：SJ/Z9001.27—87（IEC68-2—7号标准，第2版，1983），试验G和导则：稳态加速度。
本试验应按试验G。的规定，其特殊要求如下：安装
按照SJ/Z9001.41-87（EC68--2-47号标准）元件、设备和其它产品在［冲击（E）、碰撞（E）、振动（F。和F）和稳态加速度（G.）等试验中的安装导则中的第4条，应夹紧被试器件的管壳和引线。程序
除非另有规定，应在三个主轴的两个方向上都施加加速度，时间至少为imin。优选的严酷度
质量小于10g的器件为196000m/S2（20000gm），质量为10~100g的器件为19600m/S2（2000gn），质量大于100g的器件为4960m/s（500gm）。5
有关规范中应给出的内容：
1）严酷度，
m）加速度轴和方向。
6键合强度试验
6.1概述
6.1.1目的
SJ/Z9016--87
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。6.1.2试验的般说明
介绍六种方法，每种方法都有各自的用途，一一方法A和方法B，用于直接对内引线施加拉力，以试验器件内部的键合强度，一一方法C，用于器件外部的键合，它是在引线（或引出端）与底盘（或基片）之间施加离的应力
一方法D，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，
一一方法E和方法F，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。
6.1.3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，即能接试验方法的要求，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（N）。试验装置应经过检定，精度为：测量100mN以内的应力应具有±2.5mN的精度，而测量100～500mN之间的应力则应具有±5mN的精度，测量超过500mN的应力其精度应为指示值的±2.5%。
6.2方法A和方法B（参见该条的附录）6.2.1范围
本试验适用于管壳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、超声焊和其它键合技术。6.2,2试验方法的一般说明
6.2.2.1方法A：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处剪开，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加到金属丝或夹具（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了5°，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）表面的水平方向的夹角不大于5°。6.2.2.2方法B：金属丝拉力（同时加在两个键合点上）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6
SJ/Z9016—87
力加在弯钩上。拉力基本上加在金属丝的中央，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5°。6,2.2.3试验的拉力应逐步增加到金属丝拉断或键合点开裂（6.2.2.4条的a)项）或直到规定的最小位力为止（6.2.2.4条的b）项）。6.2.2.4失效判据
a）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I中给出的数值进行比较（见注）。
b）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餐，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B）应采用附录中给出的有关数据修正拉力值6.2.2.5失效的分类
当规定时，金属线或键合点断裂应按如下分类a）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的其它任何点的键合处（在金属线与金属化d
之间的界面上）失效，
e）金属化层从芯片翘起，
金属化层从基片或管壳接线柱翘起g）芯片断裂；
h）基片断裂。
注：方法B不推荐用来测量键合强度的绝对值（见附录），但该方法可在生产过程中用作键合质盘的比较试验。
6.3方法C
6.3.1范围
本试验通常用于器件封装的外部键合。6.3.2方法C，键合的剥离
应按这样的方式夹紧：茂固定引线（或引出端）和器件的管壳，在引线（或引出端）和管座（或基片）之间施训一规定角度的剥离应力。除非另有规定，所用的角度为90°。6.3.3拉力应逐步增加到引线（或引出端）或键合点断裂（6.3.4.1条）或达到最小的拉力（6.3.4.2条）。
6.3.4失效判据
6.3.4.1为了确定能否接收，应记录键合断裂时的拉力值并与表I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使是最好的例子。
6.3.4.2另一冲片法是将位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。7
6.3.5失效的分类
SJ/ZS016--37
当规定时，线（或引出端）或键合点断裂应按如下分类，a）
引线（或引出端）在变形区断裂（焊接影响区），b）
引线（或引出端）在非键合工序影响区断裂，*键合界面处的失效在焊料中，或在引线（或引出端）和与之键合的底座c）wwW.bzxz.Net
（或基片）导电层之间的焊接界面处」：d)
导电层从底座（或基片）上翘起e）底座或基片内的破裂。
6.4万法D
8.4.1范围
本试验道常用来检验面键合纪检的半导体芯片和基片之间的内部键合。本试验也可用来检验基片和安装芯片的中间载体（即第二基片）之问的键合。6.4.2方法P：键合剪切力（适用于倒装片）用适当的工具或剪头与风好高出主基片处的芯片（或载体）接触，沿垂真于芯片，或载休）的一边并乎行于主甚片的方间上瓶加应力，由了剪切应方导致键合失效。3.4.8力应逐式增加至到键合破裂（6.4.4.1条）或-直增加到（6.4.4.2条）中的最小力。
6.4.4失效判据
6.4.4.1为了确定能否按收，应记累键合破裂时的应力值。它不应小于E0mN乘以键合点个数。施加力时，只有各键合点本身首先出现失效，试验结累才是有效的。键合本身的新裂算作失效便是最好的例子。c.4.4.2另·和方法是将力增加到50mN以键合点个数。如果键合点和禁片（或芯片）均未裂，仅可认为该键合已避过该动验。6.4.5失效的分类
当规时，失效应接下列分类：
）健合村料或键合瑟座的失效（眉时），）恐片（或载法）女基片碎裂（即紧靠压键合点下方的一部分芯片（或基片）发生移动），
C）金属化层翘起即金属化层或键合装座与芯片（载体）或基片分离）。6.5方法E和方法F
8.5.1范围
本试验适尼于梁式引级器件。
方法工近用于工片控制和半与停片键合到专门预制的基片上的样品，因而该方法不适用于生产非或检验抵的随机拍样。方法F通带用来检验梁式引线件的样品，这类器件已被键合在陶瓷基片或其它合适的基片上。
6.5.2方法E，推脱试验
SJ/Z9016-87
应采用一个带孔的金属化基片，其孔开在基片的中心，孔要足够大以供作推脱工具的塞孔，但又不能大得妨碍键合面积。推脱工具应足够大，以尽可能减少器件在试验过程中的破裂，但又不可使其大得接触到固定在键合区中的梁式引线。基片应牢固地加以固定，且推脱工具通过孔而插入。推脱工具与器件接触时应没有明显的冲力（小于0.25mm/min），然后以恒定的速度向键合着的器件的下底面施加力，直至达到6.5.5条中规定的值或直到发生失效为止。6.5.3方法F，拉脱试验
经检定的拉脱设备应包括一个拉脱工具（例如，一个镍铬合金线电热环），它与梁式引线芯片上面的硬质凝固粘附材料（例如，热敏聚醋酸乙烯酯树脂胶）相联。操作时应小心，要保证粘附材料不要沿着梁式引线流动或漫延到芯片底部。基片与拉脱工具应牢固地固定，拉脱工具应与粘附材料形成牢固的机械连接。加到器件上的拉力与法线的夹角不应大于5°，其数值至少应增加到下面6.5.5条的规定值或直至拉到芯片上表面在基片上方2.5mm左右。
6.5.4方法E和方法F的失效判据
半导体芯片破裂，
梁式引线从半导体芯片上翘起
梁式引线在键合处断裂，
在半导体芯片边缘处梁式引线断裂，处在半导体芯片边缘和键合点之间的梁式引线断裂，f）
键合点从基片上翘起，
9）金属化层翘起（金属化层与芯片或键合区分开）。6.5.5施加的力（两种方法）
对于（键合前）非变形的标称梁宽，每毫米（直线的）加500mN的力。键合强度由断裂应力除以键合前总的标称梁宽来确定。6.6在有关规范中应给出的内容
当有关规范要求进行这项试验时，应根据其试用情况给出下列详细说明—试验方法，
一试验过程，断裂应力或所加应力的预定值一一最小键合强度，
一每只器件上受试键合点的数目和选择以及器件的数量，\-对于试验方法C，则应规定键合点剥离角度（如果不是90°角时）和相应的最小键合强度。
试验方法
金属丝成分
和直径
(mm）
SJ/Z 9016-87
最小拉力Pw（mN）*
垂直于芯片
平行于芯片
密封后和其它工艺
或筛选（适用时）
垂直于芯片
·见图1.
注：①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。②进行密封后的开捐检验时，要小心切勿损坏键合点。6.2条的附录
方法A
平行于芯片
作为一般导则，平缝焊键合通常应施以剪切应力，而球焊键合则应施以拉伸应力。
方法B
实际加到键合点上的力随键合点之间的引线环长度，即图1中的参数A和h，以及键合点之间的垂直距离d而发生很大变化。如果引线环很短，即使加到弯钩上的力小于极限值，仍可容易地超过引线的断裂负荷。例如，从下面给出的公式可以看出，当加到弯钩上的力P为40mN，且h=0.1mm，A=2mm，d=0.2mm时，加到引线上的拉力Pw约为100mN。在这种情况下，直径为0.025mm的金丝引线，在键合点破坏以前，就可能先被拉断。如果d=0，P减小到20mN时，则引线上的拉力Pw仍为100mN左右。
SJ/Z 9016--87
应采用上述内穿来考虑器件的典型键合图形与衰I中所列的数值是否相符。Pw=
(2h+d)31
第直童
气候试验方法
根竭器件的类型和封装的形式来选择合适的试验方法，有关规范应规定选用哪些试验方法。
应选择的温度：
-刘于分立器件，从1EC747一1号柯准第1部分：《总则》的第V章第5条中选对于成电路，从IEC43一1号标准第1部分：《总则》的第V章，第5条中选温度变比
引用：SJ/Z0001.4—87（IEC68-2-14号标准，第版1984），试验N：温度变快速温度变化：阿箱法
本试验应按试验N。的斑定，其特殊要求如下：充许使用满足规定条浩的单个试验箱，11
SJ/Z8016-87
一一每个试验箱的容量及负载，应能使样品放进箱内后，在2min内达到规定的暴露温度，
一应考虑试验样品及其运载装量的热时间常数，一低温T半导体器件的最低贮存温度-高温TB：半导体器件的最高贮存温度，·这些温度加上误差不应超过额定值。暴露时间t1若样品在3min内达到暴露温度，则暴露时间t为10min，否则，应在样品达到热乎衡后暴露I0min。在任何情况下，样品达到热平衡的时间不得大于20min。
一初始测试，
·机械试验：无
电试验：按有关规范规定
一最后测试：
·电试验与耐久性试验相同，进行外观检查以便发现裂缝、破裂和松动的零件。1.2快速温度变化：两液槽法
本试验应按试验N。的规定，其特殊要求如下，优选温度（应选择该温度范围的合适液体）：0/+125℃
-55℃/+125℃
65℃/+150℃
65℃/+200~
Tstmin/T.tgmax
2贮存（在离温下）
引用，SJ/Z9001.40—87（IEC68—248号标准，第1版，1982）：用基本环境试验规程中各种试验模拟贮存影响的导则。样品应在有关规范给定的最高忙存温度（Tm&x）下贮存。在有关规范中若无其它规定，比：存试验的时间应从1EC7471号标准的第温章第3节2.2.1条给出的时间中选择（对分立器件而言），或从IEC748一1号标准的第章第3节2.2.1条给出的时间中选择（对集成电路而言）。
试验后，应按有关规范的规定进行测量。S低气压
引用，SJ/Z90017-87（IEC68-213号标准，第4版，1983）试验M：低气压。本试验应按试验M的规定，其特殊婴求如下：除非另有规定，本试验只适用于工作电压高于1000V的器件。e）预处理，无
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