什麼是溫度循環試驗
反覆施加高溫與低溫，評估材料熱膨脹係數差異所造成的焊點疲勞，以及封裝裂紋與脫層的可靠度試驗。
日文名稱: 温度サイクル試験
「溫度循環試驗」出現在2領域的4道練習題中（可靠度, 封裝與構裝等）。
這個名詞所屬的領域: 可靠度
熱膨脹差異產生的應變
半導體封裝由熱膨脹係數各不相同的材料構成：矽晶粒、封裝膠體、導線架或基板、焊料、印刷電路板等。矽的熱膨脹係數約為 3 ppm/K，相當小，而印刷電路板與焊料則大上數倍，因此每次溫度變化，材料之間伸縮的差異都會成為應變，施加在接點與界面上。單次的應變雖小，反覆之下金屬疲勞會逐漸進展，最終產生裂紋。溫度循環試驗就是在短期間內集中施加這種反覆變化，調查到損壞為止的次數。
代表性的條件
在使用空氣的試驗槽中，於高溫與低溫各保持一定時間並反覆進行。JEDEC 的標準（JESD22 系列）中，例如 −55 至 125 °C 或 −65 至 150 °C 等溫度範圍是代表性的條件，次數為數百至數千次。車用的 AEC-Q100 則依溫度等級採用相應的條件。除了以零件單體進行、試驗後檢查封裝與內部接合的試驗外，也有將零件實裝在印刷電路板上，調查焊點斷裂前循環次數的板級試驗。
主要失效與調查方法
代表性的失效是焊點的疲勞裂紋；在 BGA 中，靠近封裝角落的錫球往往最先損壞。封裝內部則會發生打線接合接點或線根部的裂紋、封裝膠體與晶粒或導線架之間的脫層，以及晶粒或保護層的裂紋。板級試驗會監測將許多接點串聯起來的菊鏈（daisy chain）電阻，以偵測斷裂。脫層以超音波顯微鏡確認，內部裂紋則以剖面觀察確認。
與熱衝擊、功率循環的差異及壽命換算
熱衝擊試驗是將試料在高溫槽與低溫槽之間快速移動，或浸入液體中，施加比溫度循環試驗更急遽的溫度變化。功率循環試驗不是從外部加熱，而是讓電流流過元件使其自我發熱，並反覆開關，在功率模組的評估中很受重視。由溫度循環試驗的結果估算實際使用壽命時，會使用科芬－曼森定律（Coffin-Manson law），即失效前的循環次數與溫度變化幅度的冪次成反比。焊料的指數約為 2，因此溫度變化幅度減半時，壽命次數約增為 4 倍。
練習溫度循環試驗的題目
溫度循環試驗主要評估的是下列何種故障？
- A宇宙射線造成的軟錯誤（soft error）
- B因材料熱膨脹係數不同而造成的焊接接點或封裝的裂紋
- CDRAM的更新（refresh）不良
常見問題
溫度循環試驗和熱衝擊試驗有什麼不同？
兩者都反覆施加高溫與低溫，但熱衝擊試驗例如在液槽之間移動試料，施加更急遽的溫度變化。溫度循環試驗則在空氣中改變溫度，並在各溫度保持一定時間，主要評估反覆變化造成的接點疲勞。
溫度循環試驗的代表性溫度範圍是多少？
例如 −55 至 125 °C 或 −65 至 150 °C 具代表性。溫度範圍與次數依適用的標準、產品的溫度等級，以及是零件單體還是實裝在電路板上的試驗而異。
如何由溫度循環試驗的結果估算壽命？
使用科芬－曼森定律，由試驗與實際使用的溫度變化幅度之比求出加速因子。焊料的指數約為 2，實務上也會使用同時考慮平均溫度與每日循環次數差異的模型。
解析中的「溫度循環試驗」
溫度循環試驗是將例如−55～125 ℃這樣的高溫與低溫反覆施加數百至數千次。
溫度循環試驗主要評估的是下列何種故障？若固化不足，在回焊或溫度循環試驗中容易發生剝離或裂紋。
樹脂模封後，將封裝在烘箱中加熱一段時間（後固化，post-mold cure），其主要目的為何？溫度循環試驗評估接合的疲勞，落下試驗則評估對衝擊的耐受力。
讓產品在高溫下長時間運作，以評估壽命與故障率的代表性可靠度試驗是下列何者？它被用來由嚴苛條件的溫度循環試驗結果，推估較溫和的實際使用環境下的壽命。
以溫度變化幅度（應變大小）與反覆次數的關係，來表示溫度循環所造成焊接接點疲勞壽命的模型是下列何者？
出現「溫度循環試驗」的題目（4題）
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相關名詞
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