在电子产品中，集成电路（IC）等元器件的封装起着保护芯片、连接电路的重要作用。然而，非气密性封装（如塑料封装）容易受到湿气侵蚀，导致器件性能下降甚至失效。为了评估非气密性封装器件在高温高湿环境下的可靠性，高温水蒸气压力试验（Pressure Cooker Test，简称PCT），也称为高压蒸煮试验，成为一种广泛应用的加速老化试验。
什么是PCT试验？
PCT试验是一种将非气密性封装器件暴露在高温、高湿、高压的水蒸气环境中，以加速其吸湿和腐蚀过程，从而在较短的时间内评估其耐湿性能的可靠性试验。PCT试验通常在121°C、100%RH（相对湿度）和约2个大气压（具体压力取决于海拔高度）的条件下进行。
PCT试验利用高温、高湿和压力加速以下失效机制：
- 吸湿：湿气通过封装材料的微孔或裂纹进入器件内部。
- 腐蚀：湿气与金属材料发生电化学反应，导致金属腐蚀。
- 绝缘性能下降：湿气导致封装材料的绝缘性能下降，甚至引起短路。
- 材料膨胀：吸湿导致材料膨胀，产生内应力，可能导致封装开裂或分层。
PCT试验的应用
PCT试验主要应用于评估：
- 塑料封装集成电路（IC）
- 晶体管
- LED
- 传感器
- 其他非气密性封装器件
PCT试验可以帮助制造商：
- 评估封装器件的耐湿性能。
- 识别潜在的早期失效风险。
- 优化封装材料和工艺。
- 提高产品的可靠性和寿命。
PCT试验的标准
PCT试验通常遵循以下国际标准：
- JESD22-A102：Pressure Cooker Test (PCT)
- IEC 60749-4: Semiconductor devices – Mechanical and climatic test methods – Part 4: Damp heat, steady state, highly accelerated stress test (HAST)
PCT试验的条件
PCT试验的关键参数包括：
| 参数 | 典型值 | 说明 |
|---|---|---|
| 温度 | 121°C | 标准规定的典型温度 |
| 相对湿度 | 100%RH | 饱和水蒸气 |
| 压力 | 约2个大气压（取决于海拔高度） | 典型压力值，具体压力根据当地大气压计算 |
| 测试时间 | 96小时、168小时、336小时等 | 根据产品规格和试验目的确定 |
| 样品数量 | 根据统计要求确定 | 足够的样品数量可以提高试验结果的置信度 |
| 失效判定 | 根据产品规格书定义的功能或参数失效标准 | 在试验前后对器件进行电学测试和外观检查 |
PCT、HAST和UHAST的区别
| 试验类型 | 温度 | 湿度 | 压力 | 偏置电压 | 主要应用 |
|---|---|---|---|---|---|
| PCT | 121°C | 100%RH | 约2个大气压 | 通常不加 | 非气密性封装器件的耐湿性能评估 |
| HAST | 110°C~130°C+ | 85%RH | >大气压 | 可加可不加 | 非气密性封装器件的加速湿热应力测试 |
| UHAST | 110°C~130°C+ | 85%RH | >大气压 | 不加 | 非气密性封装器件的加速湿热应力测试（无偏置） |
简单来说：
- PCT是HAST的一种特定条件下的试验（121°C、100%RH、约2个大气压）。
- HAST的温度和湿度条件比PCT更灵活，可以根据需要调整。
- UHAST (Unbiased HAST) 是指不加偏压的HAST.
PCT试验的失效分析
PCT试验后，通常需要对失效样品进行失效分析，以确定失效原因和失效机制。常见的失效分析方法包括：
- 外观检查：观察样品是否有裂纹、变色、腐蚀等。
- 电学测试：测量样品的电学参数，判断是否失效。
- 声学显微镜（SAM）：检测封装内部的分层和裂纹。
- 扫描电子显微镜（SEM）：观察失效位置的微观形貌。
- 能谱仪（EDS）：分析失效区域的元素成分。
选择PCT服务商
选择PCT服务商时, 考虑以下几点:
- 资质: 是否有CNAS, CMA等资质.
- 设备: 设备是否符合标准要求, 且定期校准.
- 经验: 是否有PCT, 特别是您产品类型的PCT测试经验.
总结
高温水蒸气压力试验（PCT）是评估非气密性封装器件耐湿性能的重要手段。通过PCT试验，制造商可以及早发现封装设计和材料选择中的潜在问题，从而提高产品质量，降低风险。海沣检测拥有先进的PCT试验设备和经验丰富的工程师团队，可提供符合JESD22-A102等国际标准的PCT试验服务，为您的产品保驾护航。
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