CN109116140A - 一种用于pbga封装器件的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于PBGA封装器件在热振耦合环境下进行寿命测试的方法，该方法将单个测试器件的所有焊点依次串联形成一条开环的菊花链电路，对100～200个均形成开环电路的测试器件进行等分分组并固定于三综合试验台上，依据标准对测试器件进行温度循环试验和随机振动试验，同时监测电阻值以判定焊点是否失效并获得焊点的失效时间，当测试器件的失效数量满足指定失效数量时停止试验。通过改变随机振动试验的量值并重新试验以获得不同应力条件下的失效时间，根据威布尔分布拟合获取PBGA封装器件热振耦合环境下的寿命。
Description
技术领域
本发明是一种用于PBGA封装器件在热振耦合环境下进行寿命测试的方法，属于半导体制造技术领域和材料分析领域。
背景技术
PBGA封装是最常用的封装形式，随着电子器件向小型化、轻薄化和多功能化的方向发展，其运行环境逐渐恶化，因此PBGA封装的可靠性问题也日益严重。在PBGA封装结构中，起机械支撑及电气连接作用的焊点必不可少，但是焊点又是最为薄弱的地方，PBGA封装可靠性问题大多数是由焊点的可靠性问题引起的，一个焊点的失效可能导致整个元器件甚至系统失效。现有的PBGA封装热振耦合寿命检测系统，大都不能实现实时监测，造成测量的精度较低。
发明内容
针对以上问题，本发明提出了一种用于PBGA封装器件的测试方法，其目的是通过实时采集菊花链电路的电阻值，通过电阻值的变化来判断测试器件是否失效，以确定器件的寿命。
本发明的技术方案是这样实现的：
该种用于PBGA封装器件的测试方法中所述测试是指在热振耦合环境下进行的寿命试验，测试器件1采用PBGA封装，所述测试器件1包含基板11，基板11正面具有塑封料10，基板背面具有阻焊层14、阻焊层内焊垫12以及焊垫上的焊点13，其特征在于：该方法的步骤如下：
步骤一、将单个测试器件1的所有焊点13依次串联成一条开环的菊花链电路，制作相同的测试器件1100～200个并等分成5组，将5组中的所有测试器件1固定于三综合试验台15的振动试验台上；
步骤二、将温度试验箱内的温度升高至125℃，保温5min；
步骤三、通过三综合试验台15对所有测试器件1进行随机振动，功率谱密度图依据GJB 1032-1990制定，均方根值为18Grms；同时继续温度循环，先以12℃/min的降温速率将温度试验箱内的温度降至-55℃，再保温5min后，再以12℃/min的升温速率将温度试验箱内的温度升至125℃，如此进行温度循环，同时保持随机振动；
步骤四、每隔54min导出所有测试器件1开环两端的电阻值，当每组中有75％的测试器件1的电阻值超过1000Ω时记录这一组的时间点，当记录完5组时间点后停止测试；
步骤五、待温度试验箱内的温度恢复室温后，将随机振动的均方根值改为11Grms并重复步骤一至步骤四；
步骤六、待温度试验箱内的温度恢复室温后，将随机振动的均方根值改为7Grms并重复步骤一至步骤四；
步骤七、根据不同随机振动均方根值下所记录的5组时间点数据，通过威布尔分布进行拟合，获取PBGA封装器件在热振耦合环境下的寿命。
所述三综合试验台15能满足中国军标GJB 1032-1990和美国JESD22-A104E-2014。
所述测试器件1通过支撑件16固定放置在三综合试验台15的振动试验台上。
所述测量测试器件1开环两端的电阻值采用的数据采集仪17的频率采集范围为：1Hz-3500Hz，电阻采集范围为：1μΩ-120MΩ。
本发明技术方案的特点及优点为：
本发明技术方案提出一种用于PBGA封装器件的测试方法，其中所述测试是指在热振耦合环境下进行的寿命试验，该方法针对的测试器件1是采用PBGA封装，所述测试器件1包含基板11，基板11正面具有塑封料10，基板背面具有阻焊层14、阻焊层内焊垫12以及焊垫上的焊点13，所述测试器件1的所有焊点13依次串联成一条开环的菊花链电路，所述测试器件1的数量为100～200个，并进行等分分组，固定放置在三综合试验台15的振动试验台上，依据中国军标GJB 1032-1990和美国JESD22-A104E-2014进行温度循环试验和随机振动试验，通过数据采集仪17实时采集不同均方根值随机振动试验中，各组所有测试器件1菊花链电路开环两端的电阻值，并根据电阻值的变化来判断测试器件是否失效，最后对统计的所有失效时间数据进行威布尔分布拟合，获取PBGA封装器件在热振耦合环境下的寿命。
实时采集电阻值能够保证统计到的各组测试器件1失效时间更精确，测试器件1进行等分分组可以消除由于偶然原因失效导致统计的失效时间无效，通过设置不同均方根值的随机振动试验，可得到多组热振耦合条件下的测试器件1的失效时间以利于进行分布拟合。
附图说明
图1为实施本发明方法的实时监测系统结构示意图
图2为本发明方法中测试器件的结构示意图
图3为图2中A向的剖视图
图4为图3中Ⅰ位置的局部放大图
图5为本发明方法的测试流程图
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
如图1所示，实施本发明方法的实时监测系统包括一个三综合试验台15，该三综合试验台15能满足中国军标GJB 1032-1990和美国JESD22-A104E-2014。将单个测试器件1的所有焊点13依次串联成一条开环的菊花链电路，制作相同的测试器件1100～200个并等分成5组，将5组中的所有测试器件1通过支撑件16固定于三综合试验台15的振动试验台上，测试器件1通过屏蔽线18与数据采集仪17连接用于实时测试测试器件1开环两端的电阻值，数据采集仪17的频率采集范围为：1Hz-3500Hz，电阻采集范围为：1μΩ-120MΩ。
参见附图2～4所示，所述测试器件1采用PBGA封装，测试器件为无功能器件，尺寸为21mm×21mm×1.7mm，所述测试器件1包含基板11，基板11正面具有塑封料10，基板背面具有阻焊层14、阻焊层内焊垫12以及焊垫上的焊点13，用于测试的试样是由多个测试器件1组装而成，该试样结构包括PCB板2，PCB板2采用两层铜，PCB板2的尺寸为300mm×180mm×2mm，在PCB板2在正面上成行排列测试器件1，成两行对称排列，PCB板2的正面上设置有保护层8和保护层8内的PCB焊垫9，所述测试器件1的焊点13与PCB焊垫9焊接在一起，导电线路3将单个测试器件的所有焊点13电连接，串联形成菊花链电路，导电线路3的线宽为0.2mm，每一个测试器件1的菊花链电路的两端定义为第一引脚4，两个第一引脚4之间构成开环的通路，每一个测试器件1的菊花链电路的两端所对应的焊点13直接引出第二引脚5，PCB板2四角处设置有螺栓通孔6，螺栓通孔6外延及孔壁覆盖一层金属层7，直径为6.4mm。该结构通过测试第一引脚4监测菊花链电路的阻值，该结构通过测试第一引脚4监测菊花链电路的阻值来排除断线造成的误差；通过测试第二引脚5判断焊点是否破坏，从而提高测试的精度。
参见附图5所示，本发明方法的测试步骤如下：
步骤一、如前所述，将单个测试器件1的所有焊点13依次串联成一条开环的菊花链电路，制作相同的测试器件1100～200个并等分成5组并制成用于测试的试样，将5组试样中的所有测试器件1固定于三综合试验台15的振动试验台上；
步骤二、将温度试验箱内的温度升高至125℃，保温5min；
步骤三、通过三综合试验台15对所有测试器件1进行随机振动，功率谱密度图依据GJB 1032-1990制定，均方根值为18Grms；同时继续温度循环，先以12℃/min的降温速率将温度试验箱内的温度降至-55℃，再保温5min后，再以12℃/min的升温速率将温度试验箱内的温度升至125℃，如此进行温度循环，同时保持随机振动；
步骤四、隔54min导出所有测试器件1开环两端的电阻值，当每组中有75％的测试器件1的电阻值超过1000Ω时记录这一组的时间点，当记录完5组时间点后停止测试；
步骤五、待温度试验箱内的温度恢复室温后，将随机振动的均方根值改为11Grms并重复步骤一至步骤四；
步骤六、待温度试验箱内的温度恢复室温后，将随机振动的均方根值改为7Grms并重复步骤一至步骤四；
步骤七、根据不同随机振动均方根值下所记录的5组时间点数据，通过威布尔分布进行拟合，获取PBGA封装器件在热振耦合环境下的寿命。
Claims (4)
1.一种用于PBGA封装器件的测试方法，所述测试是指在热振耦合环境下进行的寿命试验，测试器件(1)采用PBGA封装，所述测试器件(1)包含基板(11)，基板(11)正面具有塑封料(10)，基板背面具有阻焊层(14)、阻焊层内焊垫(12)以及焊垫上的焊点(13)，其特征在于：该方法的步骤如下：
步骤一、将单个测试器件(1)的所有焊点(13)依次串联形成一条开环的菊花链电路，制作相同的测试器件(1)100～200个并等分成5组，将5组中的所有测试器件(1)固定于三综合试验台(15)的振动试验台上；
步骤二、将温度试验箱内的温度升高至125℃，保温5min；
步骤三、通过三综合试验台(15)对所有测试器件(1)进行随机振动，功率谱密度图依据GJB 1032-1990制定，均方根值为18Grms；同时继续温度循环，先以12℃/min的降温速率将温度试验箱内的温度降至-55℃，再保温5min后，再以12℃/min的升温速率将温度试验箱内的温度升至125℃，如此进行温度循环，同时保持随机振动；
步骤四、每隔54min导出所有测试器件(1)开环两端的电阻值，当每组中有75％的测试器件(1)的电阻值超过1000Ω时记录这一组的时间点，当记录完5组时间点后停止测试；
步骤五、待温度试验箱内的温度恢复室温后，将随机振动的均方根值改为11Grms并重复步骤一至步骤四；
步骤六、待温度试验箱内的温度恢复室温后，将随机振动的均方根值改为7Grms并重复步骤一至步骤四；
步骤七、根据不同随机振动均方根值下所记录的5组时间点数据，通过威布尔分布进行拟合，获取PBGA封装器件在热振耦合环境下的寿命。
2.根据权利要求1所述的用于PBGA封装器件的测试方法，其特征在于：三综合试验台(15)能满足中国军标GJB 1032-1990和美国JESD22-A104E-2014。
3.根据权利要求1所述的用于PBGA封装器件的测试方法，其特征在于：测试器件(1)通过支撑件(16)固定放置在三综合试验台(15)的振动试验台上。
4.根据权利要求1所述的用于PBGA封装器件的测试方法，其特征在于：测量测试器件(1)开环两端的电阻值采用的数据采集仪(17)的频率采集范围为：1Hz-3500Hz，电阻采集范围为：1μΩ-120MΩ。
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