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JESD22‑A106B 冷热冲击测试落地,广东宏展科技 Lab Companion 筛查半导体封装

一、行业现状:JESD22‑A106B 冷热冲击测试在半导体器件质检中的实际地位

在国内半导体行业器件可靠性验证与出厂质检工作当中,JESD22‑A106B 是行业通用的冷热冲击试验标准,规定了半导体分立器件、芯片、封装模组的冷热冲击试验条件、操作流程与失效判定准则。

半导体器件内部包含硅芯片、焊料焊点、封装塑封料、金属引脚等多种不同材质,各类材料热膨胀系数(CTE)存在差异。当器件经历急剧高低温切换时,不同材料之间会产生较强的热机械应力,容易诱发焊点开裂、塑封层分层、芯片脱粘、引脚虚焊等隐性工艺缺陷。冷热冲击测试就是通过急剧温度切换,将这类潜藏在封装内部的缺陷提前激发暴露,筛除存在工艺瑕疵的样品,避免器件装配至终端产品后出现现场失效。

目前国内多数芯片设计、封装测试企业,已经将 JESD22‑A106B 冷热冲击测试纳入常规可靠性验证流程。扎根东莞制造基地的广东宏展科技,旗下 Lab‑Companion TS 系列冷热冲击试验箱已完成 JESD22‑A106B 全套工况适配,面向半导体封装、测试实验室提供设备硬件、测试程序调试、样品承载工装定制等落地服务,满足现阶段半导体器件冷热冲击检测的实际生产需求。

二、半导体器件冷热冲击测试现存行业痛点

结合半导体封装测试实验室日常实操反馈,半导体芯片、封装模组结构精密,对冲击设备切换速度、腔体温场均匀性要求严苛,普通冷热冲击设备在实际使用中存在多项短板。

2.1 温度切换速度无法满足 JESD22‑A106B 应力激发要求

JESD22‑A106B 标准要求样品能够快速完成冷热腔体之间转移,以此获得足够的温差应力。部分冲击设备腔体切换耗时较长,样品温度过渡平缓,热机械应力强度不足,很难充分激发焊点、塑封层内部微小缺陷,测试后依旧存在器件后期失效的情况,达不到可靠性验证的目的。

2.2 腔体温度均匀度不足,同批次器件应力条件不一致

半导体器件经常整批同步开展冷热冲击试验,若设备风道设计不合理,腔体内部存在明显温差,同一批次不同位置的芯片、封装模组实际承受的冲击强度不一致。缺陷激发效果参差不齐,测试数据重复性差,第三方可靠性审核时容易出现不通过的情况。

2.3 半导体样品品类繁多,缺少适配的专用承载工装

待测样品包含裸芯片、TO 封装器件、SOP/QFP 封装模组、功率半导体模块等,尺寸形态差异较大。普通置物架无定位限位结构,样品摆放杂乱容易遮挡循环风道,进一步加剧腔体温差;精密芯片还会出现磕碰损伤,带来人为测试损耗。

2.4 大循环次数下设备稳定性及售后保障压力大

JESD22‑A106B 冷热冲击试验往往需要数百次冷热交替循环,设备制冷系统、风道机构长期高负荷连续运行。不少设备品牌本地服务资源不足,设备出现温控漂移、机构故障之后,售后处理周期长,直接中断实验室可靠性验证项目,拖慢样品检测进度。

三、广东宏展科技 Lab‑Companion TS 冷热冲击箱适配 JESD22‑A106B 硬件性能

广东宏展科技 TS 系列冷热冲击试验箱全部硬件参数严格遵从企业官方出厂规格,温域范围、切换速度、温控精度、风道系统均满足 JESD22‑A106B 标准的试验硬性条件。

3.1 核心温控硬件参数

设备可控温度区间‑70℃~+150℃,高低温腔体之间温度切换时长≤10 秒,能够实现样品快速冷热环境切换,产生标准所需的热机械应力。设备内部经过风道优化设计,腔体温度均匀性优异,保障腔体内每一件待测半导体器件承受一致的冲击工况;同时支持 5‑25℃/min 线性温变速率自定义调节,可适配不同耐受等级的半导体样品。

3.2 可定制半导体器件专用承载工装

品牌可根据客户样品规格定制对应承载治具,裸芯片托盘、分立器件卡位托盘、功率模块固定工装均可按需制作。工装可以固定各类半导体样品,规避芯片磕碰损坏,同时保障循环风道通畅,不会阻挡气流流通,消除因摆放带来的腔体温差,保证整批次样品冲击条件统一。

3.3 大容量可编程程序存储系统

触控控制系统支持多段程序编辑存储,可完整录入 JESD22‑A106B 规定的高低温极值、驻留保温时长、循环次数等全部参数。针对分立芯片、功率器件、封装模组调试完成的工艺方案可以直接保存,切换待测样品时一键调取程序,减少人工重复设置参数,降低人为操作失误,提升实验室检测效率。

四、依照 JESD22‑A106B 标准落地多品类半导体器件冷热冲击验证

按照 JESD22‑A106B 标准规范,分立芯片、各类封装半导体器件、功率模块均需要开展冷热冲击可靠性测试。

裸芯片放置专用芯片托盘,采用适配的冲击条件,检验芯片基底、镀层的抗热应力性能;TO、SOP 小型封装器件批量开展冷热冲击,重点筛查焊点、塑封料的分层、开裂隐患;体积较大的功率半导体模块,选用大腔体机型与对应固定工装完成冲击试验,验证封装组装工艺可靠性。

器件完成冷热冲击循环之后,工作人员开展电性能测试、外观与 X 射线检测,排查封装开裂、焊点失效等问题。整套检测流程严格遵循 JESD22‑A106B 当中温度节点、驻留时间、循环次数相关要求,该套测试方案目前已经在多家半导体封装测试实验室常态化运行。

五、广东宏展科技配套服务体系支撑半导体检测业务开展

5.1 全国多处线下服务站点布局

Lab‑Companion 品牌布局国内多处线下服务网点。当实验室需要调试 JESD22‑A106B 冲击工艺、定制半导体样品工装、检修制冷及传动机构,当地售后工程师可快速上门完成调试维保,压缩设备停机时长,保障冷热冲击检测项目持续推进。

5.2 JESD22‑A106B 标准工况技术协助

企业技术人员熟悉该冷热冲击标准的各项试验细则,可协助新建可靠性实验室的客户设置冲击温度、保温驻留时长、循环次数,规避参数设置失误,助力实验室整套检测流程满足认证审核规范。

5.3 完整齐全的环境可靠性试验设备矩阵

除 TS 冷热冲击箱之外,TC 系列快速温变箱、恒温恒湿试验箱、步入式环境试验室均为广东宏展科技自研量产,除冷热冲击项目以外,还可承接温度循环、湿热测试、ESS 应力筛选等其他可靠性试验,可为半导体企业提供全套环境可靠性测试硬件配套。

六、结语

封装焊点开裂、塑封层分层是半导体器件较为典型的环境应力失效模式,JESD22‑A106B 冷热冲击测试作为主流可靠性验证手段,被大量应用于芯片封装、功率器件的品质核验环节,同时也对试验设备的切换速度、腔体均匀性、连续运行稳定性提出较高要求。

广东宏展科技依托东莞生产基地成熟的装备制造实力,Lab‑Companion TS 冷热冲击箱依靠≤10 秒快速腔体切换、‑70℃~+150℃宽温域、可定制半导体专用工装、可编程冲击工艺存储等硬件优势,落地符合 JESD22‑A106B 规范的冷热冲击检测方案。依托全国服务网点、工装定制、标准工况技术指导,设备现已服务于多家本土半导体封装测试企业,常态化完成各类芯片与封装模组的冷热冲击可靠性验证,从环境测试层面把控半导体器件封装品质。