Betrouwbaarheidstest die herhaaldelijk hoge en lage temperaturen aanbrengt om vermoeiing van soldeerverbindingen en scheuren of delaminatie in de package te beoordelen, veroorzaakt door verschillen in thermische uitzetting tussen materialen.
Japanse benaming: 温度サイクル試験
“Temperatuurcyclustest” komt voor in 4 oefenvragen uit 2 onderwerpen, bijv. Betrouwbaarheid, Packaging en montage.
Vakgebied: Betrouwbaarheid
Een halfgeleiderpackage bestaat uit materialen met verschillende thermische uitzettingscoëfficiënten: de siliciumdie, de mold compound, het leadframe of substraat, het soldeer en de printplaat. De coëfficiënt van silicium is met ongeveer 3 ppm/K klein, terwijl de printplaat en het soldeer meerdere keren zoveel uitzetten, zodat elke temperatuurverandering het verschil in uitzetting omzet in rek op verbindingen en grensvlakken. Elke rekcyclus is klein, maar herhaling drijft metaalmoeheid voort tot er scheuren ontstaan. De temperatuurcyclustest perst deze herhaling samen in een korte periode en bepaalt na hoeveel cycli een storing optreedt.
Onderdelen doorlopen cycli in een luchtkamer en worden telkens een vastgestelde tijd op de hoge en de lage temperatuur gehouden. In JEDEC-standaarden (de JESD22-reeks) zijn temperatuurbereiken zoals −55 tot 125 °C of −65 tot 150 °C typische condities, met honderden tot duizenden cycli. De automotivestandaard AEC-Q100 gebruikt condities die van de temperatuurklasse afhangen. Naast tests op componentniveau, waarna de package en de interne verbindingen worden onderzocht, zijn er tests op printplaatniveau die onderdelen op een printplaat monteren en de cycli tellen tot de soldeerverbindingen falen.
Een typische storing is een vermoeiingsscheur in een soldeerverbinding; bij een BGA falen ballen bij de hoeken van de package meestal het eerst. In de package treden scheuren op bij met wirebonden gemaakte verbindingen of aan de hiel van de draad, delaminatie tussen mold compound en die of leadframe, en scheuren in de die of de passivatielaag. Tests op printplaatniveau detecteren onderbrekingen door de weerstand te bewaken van een daisy chain die veel verbindingen in serie schakelt. Delaminatie wordt gecontroleerd met akoestische scanmicroscopie en interne scheuren met doorsneden.
Thermische-schoktests brengen snellere temperatuurwisselingen aan dan de temperatuurcyclustest door monsters snel tussen hete en koude kamers te verplaatsen of in vloeistoffen onder te dompelen. Power cycling verwarmt componenten door er stroom doorheen te sturen in plaats van ze van buitenaf te verwarmen, en herhaalt aan-uitcycli; het is belangrijk voor de beoordeling van vermogensmodules. Om uit resultaten van temperatuurcycli de levensduur in het veld te schatten, wordt de Coffin-Manson-relatie gebruikt, waarin het aantal cycli tot falen omgekeerd evenredig is met een macht van de temperatuurzwaai. Voor soldeer zou die macht ongeveer 2 zijn, zodat een halvering van de temperatuurzwaai de levensduur in cycli ongeveer verviervoudigt.
Antwoord: B. Scheuren in soldeerverbindingen en behuizingen door verschillen in thermische uitzettingscoëfficiënt van materialen
Bij de temperatuurcyclustest worden hoge en lage temperatuur, bijvoorbeeld van −55 tot 125 °C, honderden tot duizenden keren herhaaldelijk aangelegd. Omdat de thermische uitzettingscoëfficiënten van chip (ca. 3 ppm/K), substraat, omhulhars en soldeer verschillen, ontstaat bij elke temperatuurverandering rek, met vermoeiingsbreuk van soldeerverbindingen en scheuren en delaminatie van de behuizing tot gevolg. Het verband tussen levensduur en temperatuurbereik wordt uitgedrukt met de wet van Coffin-Manson. Soft errors en verversingsfouten worden met andere tests beoordeeld.
Beide wisselen tussen hoge en lage temperaturen, maar een thermische-schoktest brengt abruptere veranderingen aan, bijvoorbeeld door monsters tussen vloeistofbaden te verplaatsen. De temperatuurcyclustest verandert de temperatuur in lucht en houdt elk uiterste een vastgestelde tijd aan, en beoordeelt vooral vermoeiing van verbindingen door herhaling.
Bijvoorbeeld −55 tot 125 °C of −65 tot 150 °C zijn typisch. Bereik en aantal cycli hangen af van de toepasselijke standaard, de temperatuurklasse van het product en of de test op losse componenten of op gemonteerde onderdelen wordt uitgevoerd.
De Coffin-Manson-relatie geeft een versnellingsfactor uit de verhouding van de temperatuurzwaaien in de test en in het veld. Voor soldeer zou de exponent rond 2 liggen, en in de praktijk worden modellen gebruikt die ook rekening houden met verschillen in gemiddelde temperatuur en cycli per dag.
Bij de temperatuurcyclustest worden hoge en lage temperatuur, bijvoorbeeld van −55 tot 125 °C, honderden tot duizenden keren herhaaldelijk aangelegd.
Welke storing wordt bij de temperatuurcyclustest hoofdzakel…Bij onvoldoende uitharding treden bij reflow en temperatuurcyclustests gemakkelijk delaminatie en scheuren op.
Wat is het belangrijkste doel van het enige tijd verhitten …De temperatuurcyclustest beoordeelt vermoeiing van verbindingen en de valtest de sterkte tegen schokken.
Welke representatieve betrouwbaarheidstest beoordeelt de le…Het wordt gebruikt om uit de resultaten van strenge temperatuurcyclustests de levensduur in de mildere werkelijke gebruiksomgeving te schatten.
Welk model beschrijft de vermoeiingslevensduur van soldeerv…HTOL (high temperature operating life) AEC-Q100 Arrheniusmodel Badkuipcurve (bathtub curve) Elektromigratie ESD (elektrostatische ontlading) FIT Hot-carrierinjectie (HCI) Latch-up MTTF (gemiddelde tijd tot uitval)