MEMS封装可靠性测试规范

MEMS封装可靠性测试规范

MEMS 封装可靠性测试规范

华中科技大学微系统中心

MEMS 封装可靠性测试规范

1. 引言

1.1 MEMS 概念

微光机电系统(Micro ElectroMechanical Systems—MEMS)，以下简称 MEMS。MEMS 是融合了硅 微加工、LIGA(光刻、电铸和塑铸)和精密机械加工等多种微加工技术，并应用现代信息技术构成 的微型系统。它在微电子技术的基础上发展起来的，但又区别于微电子技术。它包括感知外界信息 (力、热、光、磁、电、声等)的传感器和控制对象的执行器，以及进行信号处理和控制的电路。 MEMS 器件和传统的机器相比，具有体积小、重量轻、耗能低、温升小、工作速度快、成本低、功 能强、性能好等特点。

MEMS 封装可靠性测试规范所含范围 1.2

本可靠性测试规范涉及到在 MEMS 封装工艺中的贴片(包括倒装焊、载带自动焊)、引线键合、封 盖等几个重要工艺的可靠性测试。每步工艺的测试项目可根据具体器件要

求选用。

2. 贴片工艺测试

2.1 贴片工艺测试要求

贴片工艺是将芯片用胶接或焊接的方式连接到基座上的工艺过程。胶接或焊接的质量要受到加工环 境与工作环境的影响，因此要对胶接或焊接的质量与可靠性进行测试。胶接或焊接处表面应均匀连 接，无气孔，不起皮，无裂纹，内部无空洞，并能承受一定的疲劳强度。在热循环、热冲击、机械 冲击、振动、恒定加速度等环境工作时，芯片与基座应连接牢固，不能产生过大的热应力。芯片与 基座无裂纹。

2.2 贴片工艺测试项目

测试项目 测试说明 失效判据 外部目检 外观缺陷 50 倍放大镜检查

芯片剪切强度 大于最小剪切强度 加力方向应与衬底表面方向平行

芯片与基座的附 拉力方向应与衬底表面方向垂直 大于最小抗拉力

着强度 芯片与基座连接 沿横截面贴光栅，用云纹干涉仪来测 应变大于 0.1,

其应力应变场 处的应力应变 检测焊点或胶接处内部的空隙 X 射线照相 空隙长度和宽度小于接触面

积的 10, 芯片脱离、有裂纹 高温高湿 85?、85,RH、1000h

芯片脱离、有裂纹 恒定加速度 一般 30000g

一般 1500g、0.5ms 芯片脱离、有裂纹 机械冲击

一般-65?,150?、10 次 温度循环 芯片脱离、有裂纹

一般-40?,100?、5min/10sec 热冲击 芯片脱离、有裂纹

一般 20,2000Hz，20g 芯片脱离、有裂纹 扫频振动

沿芯片表面法线方向无冲击地拉芯片 小于最小外加应力 倒装片拉脱试验

3.1 引线键合工艺测试要求

引线键合工艺是用金或铝线将芯片上的信号引出到封装外壳的管脚上的工艺过程。引线和两焊点的 质量要受到加工环境与工作环境的影响，因此要对引线键合的质量与可靠性进行测试。要求用 50 倍的放大镜进行外观检查，主要检查两键合点的形状、在焊盘上的位置、键合点引线与焊盘的粘附

情况、键合点根部引线的变形情况和键合点尾丝的长度等是否符合规定。在热循环、热冲击、机械 冲击、振动、恒定加速度等环境工作时，引线应牢固、键合点具有一定的强度。 3.2 引线键合工艺测试项目

测试项目 测试说明 失效判据

外部目检 外观缺陷 50 倍放大镜检查

短路 短路 探针仪

引线牢固性 拉、弯曲、疲劳、扭、剥离 断线、松动或相对移动

等作用后 50 倍放大镜检查

双键合点引线拉力试验 键合强度 小于最小键合强度

高温高湿 键合脱离、断线 85?、85,RH、1000h

恒定加速度 键合脱离、断线 一般 30000g

机械冲击 键合脱离、断线 一般 1500g、0.5ms

温度循环 键合脱离、断线 一般-65?,150?、10 次

热冲击 键合脱离、断线 一般-40?,100?、

5min/10sec

一般 20,2000Hz，20g 扫频振动 键合脱离、断线

4.1 封盖工艺测试要求

在贴片和引线键合工艺之后就是封盖工艺。由于外壳与盖板热膨胀系数不一致导致在封盖过程中产 生热应力，在热循环、热冲击、机械冲击、振动、恒定加速度等环境工作时很容易产生机械和热应 力疲劳，出现裂纹，同时发生泄漏现象。因此要求对盖板的微小翘曲进行测试和进行气密性测试。 密封腔中水汽含量过高会造成金属材料的腐蚀，要求进行水汽含量的测试。 4.2 封盖工艺测试项目

测试项目 测试说明 失效判据

外部目检 外观缺陷 50 倍放大镜检查

纳米翘曲测试 用泰曼格林干涉仪测试 应变大于 0.1, 水汽含量大于规定值 氦质谱仪 水汽含量 气密性 先细检再粗检 泄漏率大于规定值

5.1 MEMS 封装可靠性筛选试验要求

MEMS 封装的失效率与时间的关系可分为三个阶段:早期失效阶段、偶然失效阶段和耗损阶段。一 些具有潜在缺陷的早期失效产品，必须通过筛选试验来剔除掉。一般是在 MEMS 封装上施加一定的 应力，施加应力的大小应有利于失效 MEMS 封装的劣化，而不会损伤合格 MEMS 封装。 5.2 MEMS 封装可靠性筛选试验项目

测试项目 测试说明 失效判据

老炼 贴片、键合、封盖失效 125?，240h

高温 贴片、键合、封盖失效 一般 150?，24h

恒定加速度 贴片、键合、封盖失效

机械冲击 贴片、键合、封盖失效

温度循环 贴片、键合、封盖失效 一般-55?~155?,3 次，

30/15min 一般 0?,100?，3 次， 热冲击 贴片、键合、封盖失效

15/1sec

扫频振动 贴片、键合、封盖失效

气密性 封盖失效

6.1 MEMS 封装可靠性寿命试验要求

寿命试验是指评价分析 MEMS 封装寿命特征量的试验。它是在试验室里，模拟实际工作状态或储存 状态，投入一定量的样品进行试验，记录样品数量、试验条件、失效个

数、失效时间等，进行统计 分析，从而评估 MEMS 封装的可靠性特征值。一般采用加大应力来促使样品在短期内失效的加速寿 命试验方法。但不应改变受试样品的失效分布。

6.2 MEMS 封装可靠性寿命试验项目

测试项目 测试说明 失效判据

寿命试验 贴片、键合、封盖失效85?、85,RH、1000h

三维封装应变应力场的测试

1(目的

用来测量 MEMS 器件三维封装应变场和应力场。

2(设备

云纹干涉仪:其原理是将两异节栅重叠，并使栅线互相平行或相交，就会出现明暗相间的干涉 云纹条纹。然后根据云纹的位置及云纹的间距或转角，便可求出此样品的面内位移和应变。 泰曼格林干涉仪:用来对封装离面应变场和应力场进行测试。

高低温箱:用来模拟样品的工作环境。

3(程序

在做测试样品时，应先对样品进行去氧化物的预处理，若样品表面平整度不好，还应对样 品表面进行抛光以达到表面粗糙度为 1.6μm 的平整度。贴光栅片时粘胶的厚度要尽量薄，最好是 零厚度，贴片前胶要经过甩胶以去掉胶中含有的气泡。起片时要注意不要划伤和粘污光栅表面。 将样品放到高低温箱中时夹具不应对样品产生另外的应力。整个测试系统应放在最低 10000 级的 净化间的光学隔整台上。调节光学系统时要使投影到样品光栅表面的光斑大小均匀，光斑稳定。 光路系统不应受净化间中气流、温度的影响。高低温度的设定应与加工环境和应用环境的温度范 围相一致。

4(结果分析

对 CCD 采集的云纹图和干涉图像，利用软件或手工来计算样品在高低温试验条件下的应变

场，再反推其应力场。

5(失效判据

应变大于 0.1,

基于六轴微样品力学实验机的力学特性测试

1(目的

研究 MEMS 常用结构材料和封装材料、微样品、封装结构的力学特性。包括应力,应

变的本构 关系、强度测试、黏弹性与黏塑性、机械疲劳与温度疲劳测试。

2(设备

六轴微样品力学实验机 图 1

图 1 所示为六轴微样品力学实验机，相应的仪器参数为:

(1) 量范围与精度:

平动范围 100mm、运动精度 0.1μm

转动范围 360?、转动分辨率 0.001 ?

(2) 测力分辨率:

Fx、Fy:3mN;Fz:6mN;

Mx、My:0.02N*m;Mz:0.04N*m

(3) 温度范围与精度:

-60?C,400?C、控制精度 1?C

加载频率:10,2000Hz

六轴微样品力学实验机:可利用精密六轴工作台进行单轴或多轴加载，利用六轴微力传感器记 录载荷大小，可用于分析应力,应变、应力,时间、应变,时间材料特性。在 Z 轴上使用压电工作 台或者电磁式激振器配合直线电机，可实现 10-2000Hz 的动态加载频率，可用于高循环疲劳失效分 析。

云纹干涉仪:利用云纹干涉的原理，直接测量微小样品面内的变形，以消除工作台刚性引起的 误差，用于精密测量中样品变形的测量。

高低温循环箱:用于模拟样品的工作环境，可进行温度疲劳加载、与温度相关的力学特性分析、 以及可靠性加速实验

3(程序

首先针对实验制作相应的样品和辅助夹具，样品为中间细两头粗的形状(尺 寸:40mm

×6mm)，使应力集中和样品破坏发生在中间部位;安装样品时，尤其对于薄膜样品可在样品的装 夹部分用薄层砂纸(厚度 0.15mm)双面覆盖，避免在装夹部位因应力集中发生破坏;对微小样品 装夹固定，会产生装夹预变形，可通过六轴力传感器反馈控制六轴工作台消除样品装夹预变形，避 免预变形对测量结果产生影响;然后可针对不同的实验(如拉伸、压缩、蠕变、松弛、循环载荷、 疲劳实验)进行选择控制，以达到预期效果。对于样品加载可以通过精密六轴工作台实现，利用 Z 向直线可以实现最高 11Hz 的加载频率;对于高频加载，应选择使用电磁激振器或者压电工作台高 频加载装置实现 10,2000Hz 的加载;此外对于温度相关的力学特性分析，可采用高低温循环箱(-60 ?,250?)实现温度加载。对于精密测量，应采用云纹干涉仪，直接测量微小样品面内的变形， 以消除工作台刚性引起的误差对结果的影响。

4(结果分析

记录相关实验结果，可用于材料的应力,应变的本构关系、断裂强度、黏弹性与黏塑性、机械 疲劳与温度疲劳特性分析。

5(失效判据

以上所获得的实验和计算结果，可用于 MEMS 设计过程中选择材料的依据、以及微样品的可靠 性判断依据。

机械冲击试验

1(目的

用来确定 MEMS 器件受到机械冲击时的适应性或评定其结构的牢靠性。

2(设备

将样品挂在“十”字形支持架上，支持架通过电磁释放器与框架相连，当电磁释放器断电时， 释放样品从一定高度(高度可调)向下降落，砸在下面的园盘上，园盘下面有力传感器，且样品上 粘有加速度传感器，采集样品与园盘第一次碰撞时的力与加速度信号便得到样品受冲击的试验条 件，通过检测样品的功能，来判断 MEMS 器件受到机械冲击时的适应性或牢靠性。

3(程序

在做测试样品时，应先对样品进行清洗，若样品表面平整度不好，还应对样品表面进行抛 光以达到表面粗糙度为 1.6μm 的平整度。将加速度计胶粘在样品上表面，粘胶的厚

度要尽量薄， 最好是零厚度，以免胶对冲击产生缓冲而使加速度计测得的数据不能真实反应冲击试验条件。加 速度计应在样品落体的方向上有最大的灵敏度。加速度的安装不应使样品产生另外的应力。然后 将样品用无弹性的细线挂在“十”字架上，要注意保证样品的水平，和加速度计的最大灵敏度方 向。在多次试验中线的长度不能变。在园盘的下面安装力传感器，该力传感器的量程应大于最大 冲击力 30,。力和加速度的频率响应应至少有 10KHz，否则就不能测试冲击试验的动态过程。根 据样品试验条件的不同，园盘的材料可选用铁、木头、陶瓷、水泥等。整个测试系统应放在恒温 室中进行。然后打开测试程序，将样品上升使电磁释放器夹持样品。断电后样品由于自重沿导索 下落，最后冲击园盘，同时测试冲击时的力和加速度数据。记录下力和加速度的曲线。并对样品 进行牢靠性测试。直至样品损坏为止。

4(结果分析

记录下试验的次数，和比较试验的重复性。将平均的试验数据作为试验的条件。

5(失效判据

在一定的试验条件下，试验次数低于产品的规定值。

键合强度(破坏性键合拉力试验)

目的 1

本试验的目的是测量键合强度。本试验可应用于采用低温焊、热压焊、超声焊或有关

技术键合 的具有内引线的微机械电子器件封装内部的引线一芯片键合、引线一基片键合或内引线一封装引线 键合。

2 设备

本试验的设备应包括能按规定试验条件要求，在键合点，引线上施加规定应力的适合设备。该 设备能对外加应力提供经过校准的测量和指示，采用的单位为 N，准确度为?5,或?2.45X10-3N(取 其大者)，测量范围应达到两倍于规定的应力最小极限值。

3 程序

应采用与特定器件结构相符的试验条件进行试验。应计算全部键合拉力，并应根据适用情况遵 守抽样、接收和追加样品规定。若无其他规定，对于条件 A 和 B，所需要的试验键合应从至少四个 器件中随机抽取，为键合强度试验规定的 LTPD 值用于确定进行拉力试验的最少键合线数，而不是 确定至少需要的完整器件样本。在芯片下、芯片上或芯片周围，若存在任何导致增加表面键合强度 的粘附剂、密封剂或其他材料，应在使用这些材料前进行键合强度试验。

3.1 试验条件

3.1.1 试验条件 A 一引线拉力(双键合点)

此试验的步骤是在引线下通过插入一个钩子施加拉力(该引线附着于芯片，基片或底座或两者都 有)夹紧器件，大约在引线中央施加拉力，该力方向与芯片或基片表面垂直。

当出现失效时，记录引 起失效的力的大小和失效类别。对引线直径或者等效横截面大于 127μm，在引线下不适于使用钩 子的地方，用一个适当的夹子取代钩子。

3.1.2 试验条件 B 一键合剪切力(倒装焊)

本试验通常用于芯片与衬底之间以面键合结构来固定的内部键合。它也可用来试验衬底和安装 芯片的中间载体或次级衬底之间的键合。用适当的工具或劈刀正好在位于主衬底之上的位置与芯片 (或载体)接触，在垂直于芯片(或载体)的一个边界并平行于主衬底的方向上施加外力，由剪切力引起 键合失效。当出现失效时，记录失效时力的大小和失效类别。

3.2 失效判据

试验中，若外加应力小于下表 (对于指定的试验条件、组成和结构所要求的最小键合强度)的规 定时出现键合的分离则为失效。

试验条件 引线成分和直径 结构 最小键合强度 N

密封前 密封后

引线 A 0.015 0.010 Al 18μm

0.02 0.015 Au 18μm 0.025 0.015 Al 25μm 引线 A Au 25μm 0.03 0.025 引线 Al 32μm 0.03 0.02 A 0.04 0.03 Au 32μm 引线 0.03 0.02 Al 33μm A 0.04 0.03 Au 33μm

引线 0.04 0.025 Al 38μm A Au 38μm 0.05 0.04 引线 0.054 0.04Al 50μm A

Au 50μm 0.075 0.054

引线 A Al 76μm 0.12 0.08

Au 76μm 0.15 0.12

各种规格 倒装片 0.05×键合数 B

3(2(1 失效类别

当有规定时，应记录造成分离所需要的应力以及分离或失效类别。失效分类如下: a(对于内引线键合:

(a—1) 在颈缩点处(即由于键合工艺而使内引线截面减小的位置)引线断开; (a—2) 在非颈缩点上引线断开;

(a—3) 芯片上的键合(在引线和金属化层之间的界面)失效;

(a—4) 在基片、封装外引线键合区或非芯片位置上的键合(引线和金属化层之间的界 面)失

效;

(a—5) 金属化层从芯片上浮起;

(a—6) 金属化层从基片或封装外引线键合区上浮起;

(a—7) 芯片破裂;

(a—8) 基片破裂。

b(对于倒装片结构:

(b—1) 键合材料或基片键合区的失效;

(b—2) 芯片(或载体)或基片的破裂(芯片或基片紧靠在键合处下面失掉一部分); (b—3) 金属化层浮起(金属化层或基片键合区与芯片或载体、基片分离)。

内部水汽含量

目的 1

本试验的目的是测定在金属或陶瓷封装器件内部气体中的水汽含量。它可以是破坏性试

验(程序 1 和 2);也可以是非破坏性试验(程序 3)。

2 设备

根据所选择的不同程序，本试验所需设备如下:

2.1 程序 1 所用设备

程序 1 是用质谱仪测量器件内部的水汽含量。所需设备如下:

a(一台质谱仪，它能对给定的封装再现地检测出规定的水汽含量，其灵敏度安全裕量为 10 倍。 质谱仪的校准是在规定水汽允许范围(偏差为?20,)下，利用一个封装模拟器来完成的。该模拟器 利用对已知水汽含量(偏差为?l0,)的体积连续取样排气，且能重复性地产生至少三种已知的气体体 积(偏差为?10,)。水汽含量由标准的产生方法建立(即两种压力、分流或低温方法)。绝对湿度至少 每两年一次采用标准校准过的湿度露点分析仪进行测量。该校准过的露点分析仪应至少每年一次重 新校准。应采用最佳拟合曲线校准体积校准点。应要求对与校准点之间平均值的偏差大于 10,的灵 敏度因子进行修正。

b(能放置器件的一只开口真空箱和使器件与 2(1a 中的质谱仪相连接的真空传递通道。

真空传递通道应保持在 125?5?。开口真空箱中夹具对样品的夹持必须满足 2.1c 刺穿装置的要 求，在刺穿前使器件保持在 100?5?达 l0min 以上。

c(开口真空箱内或传递通道内刺穿装置的功能是刺穿样品壳体(不降低质谱仪箱的真空并不破 坏壳体的密封媒质)，以使样品内部气体逸出，进入真空箱体和质谱仪。

2.2 程序 2 所用设备

程序 2 采用累积计算 50?时由干燥的载体气体收集到的水汽的方法来测定器件的水汽 含量。 所需的设备如下:

a(一台电子积分检测器和湿度传感器，它能重复地检测出被试封装内 300?50ppm 的水汽含量。 以µg 为单位的水汽绝对灵敏度除以计算得到的被试器件中的气体重量，然后再修正到 ppm，得到水 汽含量值。

b. 一个与 2.2a 中的积分检测器相连的刺穿箱或盒子，用来放置器件样品并在测量期间 使其温度 保持在 100?5?。刺穿箱应按刺穿装置要求夹持样品。刺穿装置打开封装的方式应能使包含的气体 被运载气体携出或用抽气的方法排出，传感器和与刺穿箱的连接部分维持在 50?2?。 2.3 程序 3 所用设备

程序 3 通过测量已校准的湿度传感器或集成电路芯片响应的方法来测定器件中的水汽含量。湿 度传感器和集成电路芯片应密封在器件封壳内，在封装的外部有可利用的引线端。所需的设备如下:

a(湿度传感器和能检测出含量为 300?50ppm 的水汽含量的读出仪器。传感器安装在密封器件 内部。

b(被测试器件上的金属走线，他们与器件之间用反向偏置二极管隔离，当被连接作为桥式网 络一部分时，可检测出腔内 2000ppm 水汽含量。芯片应以某种方法致冷，使芯片表面为腔内最冷点。 器件先被致冷到露点以下(然后再加热到室温(构成一个完整的试验

周期。

3 程序

应按程序 1、2 或 3 的要求进行内部水汽含量试验。含有干燥剂或有机物的器件应在把热导入 设备之前在 100?5?下预烘焙 12~24h。

3.1 程序 1

器件应进行密封试验，并且不应存在可能影响水汽含量测定精确度的任何表面沾污。

器件插入后，把器件和真空箱用泵抽气并在 100?5?的温度下烘焙，直至背景压力达到不妨碍

规定的测量精度和灵敏度为止。抽气后，应刺穿器件外壳或盖板，并采用质谱仪测量释放气体。应 对数据做简化处理，即要消除在计算湿度含量时由于其他气体元素对分凝形式的影响。应对系统产 生的影响(例如在内部环境中存在氢的情况)都应进行数据校正。

3.1.1 失效判据

a(水汽含量大于规定最大值的器件应视为失效。

b(存在如 3.1a 所述的异常低的总气体含量的器件，如不能替代，应视作失效。这样的器件可 用同一组中的其他器件代替，如果替代的器件存在的总气体含量对于该型号属

正常范围那么替代的 和原来的器件都不能因此而被视为失效。

3(2 程序 2

器件应进行密封试验，并且不应存在可能影响水汽含量测定精确度的任何表面沾污。

器件插入刺穿箱后，使气体流动通过该系统，直至探测器输出达到稳定基线值。应在气体连续 流动时，刺穿被测器件封装并收集释放湿气直至探测器再次达到基线读数。另一种方法是把气体输 送到含有一只湿度传感器和一只压力指示仪的储备箱中。通过注入已知量的湿气或打开湿气含量已 知的封装来校准系统。

3(2(1 失效判据

a(水汽含量(按体积)大于规定最大值的器件应视为失效。

b(从刺穿箱中取出后应检查器件，查明封装是否已完全打开。如果该器件封装未被刺 穿，又未从同一组中抽出另一个器件进行试验，则该器件就应视作失效;如果重新试验样品或替代 器件，证明器件封装业已被刺穿且符合规定的水汽含量标准，则样品就应视为通过了该试验。

c(在驱气时渗水的封装将是潮湿的，应视为失效。在抽真空情况下必须按 3.1a 测量标 称压力的升高。

3.3 程序 3

湿度传感器应在已知水汽含量的气氛中校准，例如可采用合适的盐饱和溶液或稀释液。 应证 明在封装密封后可检查传感器校准，或者打开器件封盖对传感器进行密封后的校准。

湿度传感器应密封在器件封装中，或当有规定时，密封进同类型的模拟封装中。应按与试验器 件相同的工艺、相同的管芯附着材料、相同的设备上、在相同的时间周期内进行密封。用测量温度 传感器响应的方法来测量水汽含量。在传感器对程序 3 的适用性认可之前，必须确定它与程序 1 的 对应关系。应证明封装环境和传感器表面不存在有机溶剂之类的任何沾污材料，这样的沾污材料可 能会产生比实际湿度低的读数。

3.3.1 失效判据

水汽含量大于规定最大值的样品视为失效。

X 射线照相

1 目的

本检查的目的是用非破坏性的方法检测封装内的缺陷，特别是密封工艺引起的缺陷和诸如 外来物质、错误的内引线连接、芯片附着材料中的或采用玻璃密封时玻璃中的空隙等内部缺陷。本 方法为 MEMS 器件的 X 射线照相检查确立了采用的方法、判据和标准。

2 设备

本试验所用设备和材料包括:

a(X 射线设备，其电压范围应足以使 X 射线穿透器件。焦距应适当，使得主要尺寸为 0.0254mm 的物体的图象比较清晰。

b(X 射线照片胶卷颗粒很细的工业 X 射线胶卷，单乳胶或双乳胶均可。

c(X 射线照片观察器主要尺寸分辨率应为 0.0254mm。

d(固定夹具—能把器件固定在要求的位置上，而不影响图象的准确性和清晰度;

e。X 射线照片质量标准—具备能够验证检测全部规定缺陷的能力。

f(胶卷盒—表面覆盖有至少 1.6mm 厚铅材料的工作台，背部为铅材料的胶卷盒，以防止 辐射的背散射。

3 程序

为了在灵敏度要求的范围内获得满意的曝光并得到用于 X 射线照相试验的器件或缺陷特征 的图象的最详细的细节，必须调整或选择 X 射线曝光系数、电压、电流和时间。在满足上述要求的 前提下，X 射线电压应最低，并且不超过 150kV。

器件应安装在夹具中，以使其不受损坏或沾污，并在规定的适当平面上。夹具可是多种类 型的带有铅隔膜或钡土的挡板可用来隔开多个样品，但要求夹具或挡板材料不妨碍

从 X 射线源到器 件本体任何部位的观察。

3.1 试验

选择 X 射线曝光系数以达到主尺寸分辨率为 0.0254mm，失真小于 10,，应对每一需要的 观察角度拍摄 X 射线照片。

3.2 X 射线照片的分析

采用本试验规定的设备检查 K 射线照片来确定每个器件是否符合本标准，有缺陷的器件应 拒收。应在 X 射线照片表面上没有眩光的低光强的条件下对 X 射线照片进行分析。在投影型观察设 备上及强度可变的适当光源下或适于 X 射线检查的观察器上检查 X 射线照片。应放大 6,25 倍来观 察 X 射线照片。必要时可采用观察屏。不能清楚表示 X 射线照片上用作为 X 射线质量标准的图象 特征的照片不得接收，应重新拍摄该器件的 X 射线照片。

3.3 检查和接收标准

3.3.1 器件结构

可接收的器件应是经 X 射线特征识别检查以表明具有规定的设计和结构。明显违背规定结构 的器件应拒收。

3.3.2 单个器件的缺陷

单个器件检查应包括(但又不限于)检查以下项目:外来粒子、由键合材料构成的低温焊或熔 焊的“溅沫”、引线的合适形状和位置、引线分别与微机械电子元件、微机械电子金属化图形和微 机械电子元件的装架。由 X 射线照片检查暴露出以下缺陷的任何器件应拒收:

3.3.2.1 外来物质的存在

外来物质(外来粒子)应包括但又不限于以下内容:

a(大于 0.025mm 的游离或附着的任何粒子，或虽然尺寸较小但足以跨接器件中互相不连接的

导电部分的任何外来粒子。

b(内引线尾部的延伸，在芯片焊接区超过引线直径的两倍或在封装外引线键合区上超过内引 线直径的四倍。

c(在封帽内部外引线端头上的主要尺寸大于 0.08mm 或从形状来看会断开的任何毛刺。

d(多余的半导体芯片键合材料的累积。

(1)安装和键合的芯片，相对于正常安装的倾斜不应超过 10,。在芯片周围累积的并接触芯 片边沿的键合剂，其累积厚度不得超过芯片的高度。在键合剂累积但又尚未接触元

件的地方，累积 不得超过该元件或任何外引线或外引线键合区的两倍高度，同时不得与键合材料主体区域隔开。

(2)不应见到主尺寸为大于等于 0.025mm 的外来物质。松散的键合材料应看作为外来物质。 多余的(但不是松散的)键合材料不能认为是外来物质。

具有可疑的外来粒子或外来材料的器件，如果下述条件满足的话，可认定为可接收的。

(a)在芯片粘片之前，用 30,60 放大倍数对芯片接触面进行了目检，确信芯片接触面没有 会影响有效的芯片接触的异常情况。

(b)应已进行了 100,的封帽前检查。器件经过检查后，在 100 级环境中准备封装。

(c)所有具有 3.7 中其他 X 射线缺陷类型的器件应已从批中剔除。

(d)少于 5 个可疑外来粒子和外来物质的编有序列号的器件，应按照粒子碰撞噪声检测 (PIND)方法不加探测器进行振动和冲击试验。

(e)在 PIND 振动或冲击之后，对编有序列号的器件进行第二次失效观察的 X 射线检查，每 一个器件应和它的前一次 X 射线记录进行比较。

(f)任何可疑粒子已经移动或从原来位置上消失的证据将导致器件被拒收。如果粒 子没 有移动的迹象，器件可接收。

e(底座、外壳内任一处的金层脱皮。

f(外壳内任一处额外的球状键，在键合时附着的键合剩余物质除外。

3.3.2.2 不可接受的结构检查器件时，以下几种情况应视作不符合接受要求的结构。存在以 下缺陷的器件应拒收:

a(空隙一当给器件拍 X 射线照片时，某些类型的安装不能正确显示空隙。在检查出这样 的器件时，应在检查报告上注明安装类型。

(1)接触区空隙超过整个接触面积的 1,2。

(2)单个空隙，它横贯芯片的整个长度或宽度范围，并且超过整个预定接触面积的 10,。

b(除连接芯片的规定区域与外引线以外的其余内引线。在器件设计中要求的象调整负载 电阻时需要的跨接线之类的内引线是可以接收的。

c(芯片的裂缝、破裂或碎片;

d(芯片底部过分的底切;

e(有缺陷的密封—不管哪种类型的器件，只要其整个封盖密封是不连续的，或密封宽度 不到设计密封宽度的 75,，就应拒收。最终密封过程所引起的喷溅不视为外来物质，只

要能够确认 它是连续的、均匀的并附着于母体材料以及不呈现球、斑点或泪滴形状(即基底部分最小尺寸小于其 支撑物的尺寸);

f(不合适的间隙—可接受的器件内部应有一定间隙，以保证芯片之间或芯片和外壳之间接 触。不允许跨接。不同类型封装器件的拒收情况如下所示:

(1)扁平封装和双列直插封装;

(a)接触或跨接其他引线或键合点的任何引线(仅 Y 平面);

(b)偏离从键合点到外引线间的直线并与另外键合间距离小于 0.05mm 的任何引线

(仅 Y 平面);

(c)引线虽未偏离从键合点到外引线间的直线，但表现出接触到另一引线或键合点

(仅 Y 平面);

(d)引线与不应接触的外壳或外引线相碰，或它们之间距离小于 0.05mm(适用于 X 和 Y 平 面);

(e)键合点与另一键合点之间距离不到 0.025mm(不包括由公共导体连接的键合点)

， (仅适用于 Y 平面);

(f)内引线从芯片键合点到封装外引线键合区为直线状，而没有弧度;

(g)内引线下垂部分低于芯片键合点顶部所在的假想平面(仅 X 平面)。由设计所要

求的除外。

(2)圆形或方形晶体管式封装。

(a)引线与不应接触的外壳或外引线相碰，或它们之间距离小于 0.05mm，(用于 X 和 Y 平 面);

(b)内引线下垂部分低于芯片键合点顶部所在的假想平面(仅 X 平面)，有设计要求的除外;

(c)引线接触或跨接其他引线或键合点(仅 Y 平面);

(d)内引线偏离由键合点到外引线之间的直线，表现出与其他内引线或键合点接触，或其间 距离小于 0.05mm(仅适于 Y 平面)。

(e)键合点与另外键合点之间的距离小于 0.025mm(不包括由公共导体连接的键合 点)。

(f)从芯片键合点到封装外引线键合区之间的内引线为直线状，没有弧度。按设计要求的例 外(例如，线夹或固定式的连接引线);

(g)引线柱与垂直方向(或预定的设计位置)的偏离大于 10,，或者在长度和结构上不均匀， 或者与另外引线柱之间的距离小于一个引线柱的直径;

(h)在采用 T 型矮帽外壳，引线柱与外壳顶部的距离不到外壳内部底座与顶之间总 尺寸 的 20,。在具有芯片与底座相垂直的器件中，芯片离底座或外壳任一部分的距离不到 0.05mm。

(i)在外壳底座设计中未考虑采用底座边缘或其他结构(如“挡环”)，以防止低温焊或熔焊 溅沫进入壳内。

芯片剪切强度

目的 1

本试验的目的是确定微机械电子芯片贴在管座或其他基片上的强度。该强度与对芯片所加 力的大小、观测在该力作用下产生的失效类型(如果出现失效)以及残留的芯片附着材料和基片,管 座金属层的外形有关。

2 设备

本试验所需设备是一台能施加负载的仪器，要求其准确度达到满刻度的?5,或 0.5N(取其 较大者);一台带有杠杆臂的圆形测力计或线性运动加力仪。试验设备应具有下述能力:

a(芯片接触工具，能把力均匀地加到芯片的一条棱边;

b(保证芯片接触工具与管座或衬底上安放芯片的平面垂直;

c(芯片接触工具与管座,基片夹具具有相对旋转能力，这有利于与芯片边沿线接触，即 对芯片加力的工具应从一端到另一端接触芯片的整个边沿;

d(一台放大倍数至少为 10 倍的双目显微镜，其照明应有利于在试验过程中对芯片与芯片 接触工具的界面进行观察。

3 程序

除特殊的器件结构在规定试验条件外，应按本规定进行试验。所有的芯片强度试验都应参 与统计，并且适用时应遵循规定的抽样、接收或追加样品的规定。

3.1 剪切强度

采用上述设备，对芯片施加力。该力应足以能把芯片从固定位置上剪切下来，或等于规定 的最小剪切强度的两倍，取其第一个出现的值。

a(当采用一台线性运动加力仪时，加力方向应与管座或衬底平面平行，并与被试验的芯 片垂直。

b(当采用一台带有杠杆臂的圆形测力计施加试验所需要的作用力时，它应能围绕杠杆臂 轴转动。其运动方向与管座或衬底平面平行，并与待试验的芯片边沿垂直。与杠杆臂相连的接触工 具应位于适当距离上，以保证外加力的准确数值。

c(芯片接触工具应在与固定芯片的管座或衬底基座近似成 90,的芯片边沿施加负载。

d(在与芯片边沿开始接触之后以及在加力期间，接触工具的相对位置不得垂直移动，以 保证与管座,基片或芯片附着材料一直保持接触。如果芯片接触工具位于芯片上面，可换用一个新 的芯片或重新对准芯片，只要 3.1.c 的要求得到满足。

3.2 失效判据

达不到以下任一条判据的器件均应视为失效:

a. 达不到所表示的最小芯片强度要求;

当芯片面积小于 0.32mm2 时，为 2N;

当芯片面积大于 4.13mm2 时，为 25N;

当芯片面积在 0.32mm2 和 4.13mm2 两者之间时，最小芯片强度为芯片面积的 6 倍。

b(使芯片与底座脱离时施加的力小于最小强度的 1.25 倍，同时底座上保留有芯片附着材 料痕迹的区域小于附着区面积的 50,;

c(使芯片与底座脱离时施加的力小于最小强度的 2.0 倍，同时底座上保留有芯片附着材料 痕迹的区域小于附着区面积的 10,。

3.2.1 芯片脱离的类别

应记录使芯片从底座上脱离时所加力的大小和脱离的类别。

a(芯片被剪切掉，底座上残留有硅碎片;

b(芯片与芯片附着材料脱离;

c(芯片与芯片附着材料一起脱离底座。

芯片粘结的超声检测

1 目的

本检验的目的是通过声学连续性测量实现非破坏性地检测微机械电子器件芯片粘结材料中的 未粘附区域和空洞。它为微机械电子器件的超声检测规定了方法和判据。

2 设备

a. 超声成像设备

b. 输出装置

c. 超声检测器

3 程序

应根据需要选择或调整超声发生器、接收器和行扫描记录仪的配置(使用时)，以便对器件和 试验所要检测的缺陷特性的灵敏度要求之内得到满意的图像，并获得最多的图像细节。在反射模式 或传输模式图像的情况下，必须注意确保超声穿透整个芯片粘结界面并对其敏感。

检测和接收数据

在器件检验中，下列情况应被看作是不可接收的芯片安装，因此表现出下列缺陷的器件应被拒 收。

空隙:当用超声图示器件时，某些种类的安装材料可能不会给出空隙的真正表示。检测此类器 件时，应在检测报告中注明采用的安装。

接触区多个空隙总和超过应该具有的总接触区的面积的 50,; a.

b. 超过预计接触区 15,的单个空隙，或超过总预计接触区 10,的单个拐角空隙

当用平分两对边方法把图像分成四个面积相等的象限时，某一接触区中的空隙超过了该象 c.

限预计的接触区面积的 70,

在有争议的情况下，空隙的百分比应由对图像的实际测量来确定。

非破坏性键合拉力试验

目的 1

本方法的目的是在避免损坏合格引线键合的同时揭示出不合格的引线键合。本方法对超声 或热压工艺形成的键合都适用，直径大于 127μm(或等效截面积)且没有足够空间使用钩子的引线除 外。

2 设备

本试验设备应包括能将试验条件要求的应力加到键、引线或引线端的装置。该装置应提供 校准测量和以 N 为单位指示所加应力，其测量应力能达到规定极限值的两倍，测量精度为土 5,或 ?2.94×10-3N，取其大值。

a(通常用钩子把力加到互连内引线上，所用钩子与引线的直径关系应如下:

引线直径(μm) 钩子直径(引线直径的倍数)

d?50.8 最少 2.0 倍

50.8d>127 最少 1.0 倍，

对于带状引线，采用与被试验带状引线截面积相同的等效圆形引线直径值。钩子的水平部 分应大于等于被试验引线直径的 1.25 倍。

b(钩应光滑，没有缺陷，否则会影响试验结果或损坏被拉引线。

c(应控制钩的移动速度，使钩开始接触引线时产生的冲击力不应超过规定的非破坏性键 合拉力的 20,。

d(安放钩子时，至少放大 15 倍来观察，以便完成钩子的最后定位，可以使用有变焦距功 能的显微镜来检查钩的位置。

e(固定管座的夹具应能与钩子对准，以利于对引线施加最佳应力。

f(指示仪应能测量使互连引线失效所需的力，或能表明所加的负载力已符合预定的要求。

g(钩子应处在一个固定位置，使钩子沿着在键合点之间直线方向上的运动受到限制，钩 子不会上升到最高位置，否则试验只是对一个键合点进行(例如对一个球形键合)。

3 程序

应按适用采购文件的规定进行试验，该试验可作为抽样或筛选进行。该试验条件应随

键合 材料和结构而变化。应对每个器件的全部键合引线进行拉力试验和计数，并且应遵守规定的抽样、 接收和追加样品的条款(如果采用)。如果在引线表面和引线下面或引线周围有任何附着剂、密封剂 或其他材料，从而增加键的视在强度时，应在使用这些材料以前进行试验。

a(设置外加力额定值。

b(固定被试样品，调节上升装置，根据引线的尺寸和材料施加规定的应力。

c(转动器件到合适位置，使钩子在引线中点和引线弯曲最高点之间与引线接触(对正 V 形 和球形键，应在中点和管芯边缘之间;对逆向键应在中点和封壳边缘之间)。拉力方向大致垂直于管 芯或衬底，或大致与键合点之间直线垂直。承制方应尽量接近中间拉，不要引起对引线有害的变形。

d(驱动上升装置，使键合引线受力，在施加规定应力时应使产生的冲击力尽量小，在整 个拉键试验过程中指示仪显示的冲力不应超过仪器的规定精度。施加应力的最长时间不得超过 1s.

e，观察键是否断裂。

f(如键断裂，剔除该器件(除允许返工的器件例外)，继续检验下一个器件。若健断裂要记 下断裂键的号码和含有此键器件的标志。如果允许返工，应在键返工以前试验其他所有健，返工后 的键也要再经试验。

g(如果器件上的键都不断裂，可以满意地接收该器件。

h(对全部被试键重复 a,g 的步骤。

i(记下在预定应力下试验而失效的引线或失效键的总数

j(记下未通过试验的器件数。

3(1 失效判据

在外加应力小于规定应力(按采用的材料和结构来规定应力)时，如果被拉的键发生分离 (在键合面上出现键的分离或与整个键合区相连的任一位置出现键分离或引线发生断裂)，这样的键 为失效。若无其他规定，外加非破坏性拉力应是密封前最小键合强度的 80,，下表列出了通常使用 的内引线所对应的拉力值。

铝和金引线直径(μm) 拉力(gf)

铝 金

18 1.2 1.6

25 2.0 2.4

32 2.5 3.2

33 2.5 3.2

38 3.0 4.0

50 4.5 6.0

76 9.5 12.0

玻璃熔封封装盖板的扭矩试验

1 目的

本试验的目的是确定玻璃熔封的 MEMS 封装的抗剪强度，这是一种破坏性试验。

2 设备

试验设备应包括合适的固定式或可调节式夹具以及当扭矩加到密封区时固定器件的装置。扭 转机构和固定装置应能支撑封装基座和盖板，以便保证扭矩主要是加在密封区，而被试器件的外壳 没有明显的弯曲、翘起和移动(特别是对扁平封装，片式载体封装和其他薄形封装)。可采用扭转扳 手或扭转机构把扭矩加到盖板上，该机构至少能把 12.8N?m 的扭矩加到盖板上。还应有一个测量 精度和准确度为?5,或?0.2N?m(取较大者)的测力仪。对于密封面积较小的封壳应使用足以使封 壳分离的扭转扳手或扭转机构，测量的精度和准确度为?5,或?0.2N?m(取较大者)，以便更精确 地读数。扭转机构应有峰值指示器，以便记录所加的最大应力，或具有其他等效的应力记录系统。

3 程序

试验时固定器件的基座，扭矩加在器件盖板上，也可以固定封盖，扭矩加在基座上。安装盖 板的扭转装置是为了保证扭矩只是加在封装盖板、基座或其间垫层的侧面，避免接触密封玻璃。盖 板扭转装置可以接触封装外引线，但不能让大部分转矩直接通过外引线而转移。扭矩应逐渐平缓地 施加，直到封装发生分离;或达到 12.8N?m 的极限扭矩为止。记录分离封装所需要的扭矩或达到 12.8N?m 的极限扭矩。施加扭矩时应使旋转轴与密封区平面垂直，且位于密封区的中心。

4 失效判据

在扭矩值低于表中的规定值时，若密封层发生分离、破裂，器件就定为失效。如果整个封 装(盖板、密封圈和基座)在与施加扭矩的平面垂直方向上都发生分裂(这是施加扭矩不合适的证据)， 而盖板和基座部分仍然在一起，可以去除这次试验结果，不计入失效，重取一个样品来完成所需要 做的试验。

设计的封口面积(cm2) 扭矩(N?m)

<0.22 0.5

0.7 0.221,0.32

0.321,0.47 1.0

0.471,0.65 1.7

2.5 0.651,0.85

3.4 0.851,1.08

4.4 1.081,1.41

1.411,1.73 5.9

1.731~2.05 7.4

2.051~2.50 8.8

2.501~3.00 10.8

>3.00 12.8

芯片与基座的附着强度

1 目的

本试验的目的是确定 MEMS 器件在垂直芯片表面方向受到力时芯片粘附系统的强度。本方法 适用于有机材料作为粘附剂把芯片固定在管座或基座上，用于对贴片工艺质

量的控制。

2 设备

试验设备应包括抗拉强度试验台，该试验台应能提供的力为 7MPa 乘以最大被测芯片面积，其 准确度为?5,或 0.5N(取较小者)。试验设备应具有下述能力:

a(可互换的芯片接触工具，每次试验接触面范围应是被试管芯面积的 60,,100,;

b(应有保证芯片接触工具与管座或基座平面垂直固定的措施;

c(芯片接触工具和管座,基座固定装置之间能旋转。

3 程序

在芯片接触工具上放一点快速凝固的粘结剂，然后与芯片表面接触。在粘结剂充分固化后， 再使样品承受规定的垂直拉力。

3.1 作用力

利用本方法所述设备，对芯片加力，此力要足以把芯片从底座上拉下来，或是拉力达到规 定的最小抗拉力的两倍(取第一个出现的力)。

3.2 失效判据

如在低于两倍的最小抗拉力下芯片表面与芯片接触工具之间发生分离，此试验不判该样品 是合格还是失效。当芯片从管座或基片上被拉起，在下述条件时判为失效:

a( 在低于芯片最小抗拉力(1.0 倍)下发生分离;

最小抗拉力 y(N)与芯片面积 x(cm2)的关系:

y( N ) , (3.32 lg(x / 6.5) ， 13.3) , 4.45

b( 在低于芯片最小抗拉力的 2.0 倍时发生分离，且在管芯粘结剂与芯片之间，或粘结剂

与管座,基座之间的界面上没有明显的附着痕迹。

最小抗拉力 y(N)与芯片面积 x(cm2)的关系:

y( N ) , (6.63 lg(x / 6.5) ， 26.6) , 4.45

密封试验

1 目的

本试验的目的在于确定具有内空腔的 MEMS 器件封装的气密性。

2 设备

适用于不同试验条件的密封试验所需设备应按相关条款的规定。

2.1 试验条件 A,示踪气体氦(He)细检漏

按本条件进行试验所需设备包括合适的压力室、真空室和一台质谱检漏仪。该质谱检漏仪应

-4 经过适当的预置和校准，使其灵敏度达到足以读出小于等于 10 Pa?cm /s 的氦漏率。用于测量漏率 3

的工作室体积应根据实际情况尽量保持最小，因为该体积过大对灵敏度极限值会产生不利的影响。 应该在每个工作班次期间，至少用经校准的扩散型标准漏孔校准一次检漏仪的指示器。 2.3 试验条件 B,碳氟化合物粗检漏

按本条件进行试验所需的设备为:

a. 真空/压力室，用于抽真空及随后加压，能使器件受到 516kPa 的压力作用达 10 小时。

b. 能保持指示用的液体温度在 125?并适用于观察的容器以及一套能把尺寸大于 1 μm 的粒

子从液体中除去的过滤系统。

c. 1.5,30 倍的放大镜。当器件浸入指示用的液体中时，能用该放大镜观察到从该器件中冒

出的气泡。

d. 表 1 所用的检测用 1 型液体和指示用 2 型液体。

e. 光源:它在空气中能在距离等于容器中离光源最远的器件与光源之间的距离的位置处产生

大于等于 4572m 烛光的亮度。光源不需要校准。但光源在观察位置上(即在观察气泡时放

置被侧器件的位置上)产生的亮度应受到验证。

f. 指示试验温度、压力和时间是否符合规定的已校准过的合适的仪器。

g. 使器件浸入指示液中的合适夹具。

表 1 碳氟化合物液体的物理特性要求

特性 1 型 2 型 3 型

沸点? 50,95 140~200 50~110

<20×10-5 25?时表面张力

N/cm

>1.6 >1.6 >1.6 25?时密度 g/ml

>1.5 125?时密度 g/ml

>12 >12 >12 介电强度 V/μm

<50 <50 <50 残余物 μg/g

外观 透明、无色

3 程序

先进行细检漏(条件 A)，后进行粗检漏(条件 B)。当有规定时，应在检漏试验后进行测量。 当规定作用于器件上的压力超过 MEMS 封装的承受能力时，可采用其他关于压力、压力作用时间、 有规则的停顿时间等组合条件。但应满足采用的露率、压力、时间关系，并且在任何情况下作用于 器件上的压力不得小于 220kPa(两个绝对大气压)。若按试验条件 A 进行批试验时(即在漏气监测 器中每次放置一个以上的器件)，只要出现拒收情况，就认为该批失效。

3.1 试验条件 A,示踪气体氦(He)细检漏

试验条件 A 是按表规定条件进行试验的一种固定方法，它能保证为了检测出要求的“测量漏

率”R1 所必须的试验灵敏度。

3.1.1 试验条件 A 的程序

，0

将封装好的器件置于密封室内，在规定的时间和压力下用100 5% 的氦示踪气体对密封室加

压。然后去除压力，并把每个样品移到另一个或一些与抽真空系统和质谱检漏仪连接在一起的密封 室。当对这个(或这些)密封室抽真空时，原先压入样品内的示踪气体将会逸出，由检漏仪检测， 从而得到测量漏率。

从漏气试验加压密封室内取出的器件数量应受到下列条件的限制:

最后一个器件的检漏试验应能在 60 分钟内完成。

3.1.1.1 试验条件 A,固定方法

采用下表 2 按被试器件封装内腔体积规定的相应条件。

表 2 试验条件 A 的固定条件

加压条件 内腔体积 cm3 R1 拒收极限值

Pa?cm3/s (He) 压力 kPa 加压时间 h 最长停顿时间 h

V<0.4 5×10-3 413?1 1 20.2 V?0.4 2×10-2 413?1 1 20.2 1×10-2 V?0.4 206?1 1 40.4

3.2 试验条件 B—碳氟化合物粗检漏试验

3.2.1 试验条件 B 的程序

将器件置于真空/压力箱内，把压力降到小于等于 0.7kPa，至少保持 30 分钟。对内腔体积大 于等于 0.1 cm3 的器件，此步可省略。然后注入足够量的 1 型检测用液体覆盖器件，应在保持真空过 程 30 分钟之后，但在真空被破坏前注入液体。然后按 3.3.1.1 和 3.3.1.2 规定对器件增压。增压阶段 结束后，去除压力，将器件从真空/压力箱内取出，但仍需继续浸在检测液中 20 秒以上。这种浸泡 也可以是在另一个容器或贮存桶内。器件移出浸泡槽后，应在空气中至少干燥 2?1 分钟，然后浸 入 125?5?的 2 型指示用液体中。器件顶部应在指示器液体液面以下至少浸入深度 5cm。可以一次 浸入一个器件或同时浸入一组器件。但在后一种情况下应保证能清楚的看到从被观察的一组器件中 的任何一个器件冒出的气泡及其来源。应该在光源照射下，从浸入时刻起，在暗淡的不反射的黑色

背景衬托下经放大观察器件至少 30 秒。除非在这之前器件已被拒收。

表 3 试验条件 B 加压条件

加压条件 封装内腔体积 cm 3

压力 kPa 加压时间 h

411 2 V<0.1

411 2 V?0.1

206 10

器件应增压 206、411 或 620kPa，加压时间由下式确定(增压时间不应小于试验时间):

0.1VtF t p ,

6 ,10 4 ， cm3 ，

式中:tp——加压维持时间，min;

V——被侧器件内腔体积，cm3;

tF——注入时间，min。

注入时间由下表 4 给出。

注入时间 表 4

F) min 注入时间(t压力 kPa

206 45

411 15

620 10

3.2.2 失效判据

从同一位置出来的一串明显气泡或两个以上大气泡应视作器件失效。

温度循环

目的 1

本试验的目的是测定 MEMS 器件承受极端高温和极端低温的能力，以及极端高温与极端 低温交替变化对器件的影响。

2 设备

所用试验箱在加载最大负荷时，应能为工作区提供和控制规定的温度。热容量和空气的流 量必须能使工作区和负载满足规定的试验条件和计时要求。在试验期间，用温度指示器或自动记录 仪显示监测传感器的读数来连续监视最坏情况的负载温度。对样品的热传导应减至最小。

3 程序

样品的安放位置不应妨碍样品四周空气的流动。当需要特殊地安置样品时，应作具体规定。 样品应在规定条件下连续完成规定的循环次数。采用试验条件 C 至少循环 10 次。一次循环包括第 1 步至第 2 步或适用的试验条件，必须无中断地完成，才能算作一次循环。在完成规定的试验循环总 次数期间，为了进行器件批的加载或去载，或由于电源或设备故障，允许中断试验。然而，如果中 断次数超过规定的循环总次数的 10,时，不管任何理由，试验必须重新从头开始进行。

3.1 计时

从热到冷或从冷到热的总转换时间不得超过 lmin。当最坏情况负载温度是处在表 1 规定的 极值范围之内时，可以转移负载，但停留时间不得少于 l0min，负载应在 15min 内达到规定的温度。

3.2 检验

最后一次循环完成之后，不放大或放大不超过 3 倍对样品标志进行检验，放大 20,50 倍 对外壳、引线或封口进行目检(但当本试验用于 100,的筛选时至少应放大 1(5 倍进行检验)。

本项检验和任何补充规定的测量及检验，都应在最后一次循环完成之后进行，或者在包括本试 验的某试验组、步或分组完成时进行。

3.3 失效判据

试验后，任何规定的终点测量或检验不合格，外壳、引线或封口的缺陷或损坏迹象，或标 志模糊，均应视为失效。试验期间，由于夹具或操作不当造成标志的损坏，不应影响器件的接收。

每步 试 验 温 度 ?

步骤 时间

min A B C D E F

第 1 步 ?10 -55 -55 -65 -65 -65 -65 冷

第 2 步 ?10 85 125 150 200 300 175 热

热冲击

目的 1

本试验的目的是确定 MEMS 器件在遭到温度剧变时的抵抗能力，以及温度剧变产生的作 用。

设备 2

所用的试验槽在加载最大负荷时，应能为工作区提供并控制规定的温度。热容量和液体流 量必须能使工作区和负载满足规定的试验条件和计时要求。在试验期间用指示仪或记录仪显示监视 传感器的读数，来连续监视最坏情况负载温度。按验证试验槽工作特性的要求，验证最大负载条件 和配置下的最坏情况负载温度。用于条件 B 和 C 的过碳氟化合物应满足表 1 的规定。

试验条件 B C

沸 点? >125 >150

25?时密度 g,ml >1.6

介电强度 V,μm >12

残余物 μg,g <50

外观 透明、无色液体

程序 3

样品应放于试验槽中的合适位置，使液体在样品周围的流动不应受到阻碍，然后根据表 2 的规定，使负载进行条件 B 或其他规定的试验条件进行 15 次循环。在完成规定试验总循环数期间， 为了进行器件批的加载或去载，或由于电源或设备故障，允许中断试验。然而，对任何给定的试验， 若中断次数超过规定循环总次数的 10,时，试验必须重新从头开始。

3.1 计时

从热到冷或从冷到热的总转换时间不得超过 10s。当最坏情况负载温度达到表 2 规定的极 值范围内时，可以转换负载。负载应在 5min 内达到规定的温度，但停留时间不得少于 2min。

3.2 检验

最后一次循环完成之后，不放大或放大不超过 3 倍对样品标志进行外观检验，放大 20,50 倍对外壳、引线或封口进行目检(当本试验用于 100,的筛选时至少应放大 1.5 倍进行检验)。本项检 验和任何补充规定的测量及检验，都应在最后一次循环完成之后进行，如果某试验组、步或分组包 括本试验，则在该试验组、步或分组完成之后进行。

3.3 失效判据

试验后，任何规定的终点测量或检验不合格，外壳、引线或封口的缺陷或损坏迹象，

或标 志模糊，均应视为失效。试验期间由于夹具或操作不当造成标志损坏，不应影响器件的接收。

试验条件 A B C

第 温度? 100 125 150

1

步 推荐液体 水 过碳氟化合物 过碳氟化合物

第 温度? -0 -55 -65 2

步 推荐液体 水 过碳氟化合物 过碳氟化合物

恒定加速度

目的 1

本试验用来确定恒定加速度对 MEMS 器件的影响。设计该加速度试验的目的是显示在冲 击和振动试验时不一定能检测出的结构和机械类型的缺陷。它也可用作高应力试验来测定封装、内 部金属化和引线系统、芯片或衬底的附着能力以及 MEMS 器件其他部件的机械强度极限值。如果确 定了适当的应力强度，该试验也可用作生产线的 100,筛选试验，以便检测和剔除其结构部件的机 械强度低于标称值的器件。

2 设备

恒定加速度试验采用能在规定时间内施加规定加速度的设备。

3 程序

器件应通过其外壳或通常的固定件固定好，引线或电缆也应固定好。若无其他规定，应在 Xl、X2、Y2、Y1、Z1 和 Z2 的各个方向上对器件施加 lmin 规定数值的恒定加速度。对于内部元件的 主基座平面与 Y 轴垂直的器件，应把元件趋向于脱出其基座的方向规定为 Y1 方向。若无其他规定， 应采用试验条件 E。

试验条件 2) 应力强度(m,s

49000 (5000g) A 73500 (7500g) A1

98000 (10000g) B

147000(15000g) C

196000(20000g) D

294000(30000g) E

490000(50000g) F

735000(75000g) G

980000(100000g) H

1225000(125000g)J

机械冲击

1 目的

本试验的目的是测定 MEMS 器件是否能经受中等程度的冲击。这种冲击是由于装卸、运 输或现场工作而造成突然受力或突然移动所产生的。这种类型的冲击可能破坏工作特性或引起类似 于因振动太大而造成的损坏。若冲击是重复性的，则破坏更严重。

2 设备

冲击试验设备应能按规定对器件本体施加 4900,294000m,s2 峰值加速度的冲击脉冲，其 脉冲持续时间为 0.1,1.0ms。冲击脉冲应是半正弦波，其允许失真不大于规定的峰值加速度的 20,。 利用截止频率为冲击基频脉冲的五倍以上的传感器(还可再加一个电子滤波器)来测量冲击脉冲。在 上升时间的峰值加速度的 10,处与下降时间峰值加速度的 10,处之间测量脉冲持续时间。脉冲持 续时间的绝对偏差应不大于规定宽度的?0.1ms 或?30,。

3 程序

冲击试验设备应安装在牢固的试验台基上，在使用前应把它调于水平位置。器件的外壳应 牢牢地被固定。应采取措施防止由于设备的“弹跳”而产生的重复冲击。若无其他规定，器件应在 Xl、X2、Y2、Y1、Z1 和 Z2 的各个方向上承受五次脉冲冲击，冲击脉冲的峰值加速度和脉冲持续时 间在选择的试验条件中规定。对于其内部元件的主基座平面与 Y 轴垂直的器件，把该元件趋向于脱 出其基座的方向规定为 Y1 方向。若无其他规定，应采用试验条件 B。

试验条件 峰值加速度(m,s2) 脉冲持续时间(ms)

A 4900(500g) 1.0

A1 9800(1000g) 0.5

B 14700(1500g) 0.5

C 29400(3000g) 0.3

D 49000(5000g) 0.3

E 98000(10000g) 0.2

F 196000(20000g) 0.2

G 294000(30000g) 0.12

3.1 检查

试验完成后，在不放大或放大不超过 3 倍情况下，对标记进行外观检查;在放大 20~50 倍 下对外壳、引线或密封进行目检。应在完成了最后的循环或完成了包括本试验的一组试验、一系列 试验或分组试验后，进行此项检查和任何规定的附加测试。

3.2 失效判据

试验后，任何按规定测量或检查中出现的不合格，外壳、引线或密封的缺陷或损坏、或模 糊的标记，都应视作失效。由于试验期间夹具或处理引起的标记损坏不得视为器件失效。

引线牢固性

1 目的

本方法提供了几种不同的试验来测定 MEMS 器件的引线(引出端)、焊接和密封的牢固性。

试验条件 A 用于直线拉力负荷试验。试验条件 B1 用于施加弯曲应力来测定引线、密封和 引线涂层的牢固性;而试验条件 B2 则用于多次施加弯曲应力的情况，主要用来测定引线在多次弯曲 时的抗金属疲劳;试验条件 C 规定对器件引线施加扭力，以测定引线和密封的牢固性;试验条件 D 用于施加剥离和拉牵的应力以测定无引线封装引出端的附着和镀涂性能。建议在本试验之后进行密 封试验，确定外加应力对密封和引线(引出端)的影响。

2 设备

按采用的试验条件的规定。

3 适用于所有试验条件的一般程序

器件应经受规定试验条件所确定的应力作用。若无其他规定，应进行规定的终点测量和检 查(预处理除外)。若无其他规定，至少从三个器件中按 LTPD 抽样要求随机抽出规定数目的引线、 引出端或焊点。

试验条件 A—拉力

1 目的

本试验是为检查器件引线、焊接及密封的抗直线拉力能力而设计的。

2 设备

拉力试验要求采用适当的夹具和装置来固定器件，并施加规定的力而不限制引线活动。

也可采用等效的其他线性拉力试验设备。

3 程序

若无其他规定，应在与引线或引出端的轴平行的方向上，对被试验的每条引线或引出端无 冲击地施加 2(22N 的拉力，并至少保持 30s。应尽量在接近引线(引出端)的末端施加拉力。

3.1 失效判据

去掉应力后，放大 10 倍检查时，在引线(引出端)与器件本体之间的断线、松散或相对移动 都应视作失效。在引线牢固性试验后，作为试验后测量进行密封试验时，不应因有月牙形裂缝而使 已通过了密封试验的器件视作拒收。

试验条件 B—弯曲应力

1 目的

本试验是检查器件的引线、引线焊接和密封承受这种施加于引线和密封上的、在器件的实 际使用和组装过程中完全可能出现的应力的能力或环境试验前用中等弯曲应力对引线进行预处理 的能力。

2 设备

为了按规定的弯曲角度施加弯曲应力，应有固定装置、夹钳、支架或其他适当的器具。

3 程序

每条受试的引线或引出端都要受到 3.1—3.5 规定的足以使其弯曲的力。试验器件的任何数 量的引线或全部引线可以同时弯曲。排列成行的引线可一次弯曲一行。每条引线应按下述周期进行 弯曲，即在一个方向上弯曲成规定的弧形，再恢复到原来位置。全部弧形应在同一个平面上而又不

会限制引线的活动。

3.1 弯曲方向

试验引线应在最易弯曲的方向上弯曲。如没有最易弯曲的方向，可在任何方向弯曲。引线 弯曲时不应接触其他引线。如这种接触是不可避免的，试验引线就应朝与规定角度相反的方向弯曲 再恢复到其原来的位置。

3.2 成形引线的预处理程序

当在成形条件下通常提供直引线时(包括双列直插式的引线)，如果在引线涂覆后已经成形， 并且至少能使引线象规定的弯曲那样成为永久性的形变，引线的成形工作就被看成是可接受的预处 理。

3.3 易弯曲的和半易弯曲的引线的试验程序(例如扁平封装和轴向引线金属外壳器件)

3.3.1 易弯曲引线

如果引线的截面系数(在最易弯曲的方向上)小于或等于截面为 0.15mm×0.51mm 的

矩形引 线的截面系数，这样的引线应视为易弯曲的。直径小于或等于 0.51mm 的的圆引线也应视作易弯曲 的。易弯曲的引线应弯成弧形，若无其他规定，在沿引线离密封处 3.05?0.76mm(测得的弯曲角度 至少应为 45。

3.3.2 半易弯曲的引线

如果引线的截面系数(在最易弯曲的方向上)大于截面为 0.15mm×0.51 m 矩形引线的截面 系数，这样的引线应视为半易弯曲引线。在插装或其他应用时将被弯曲。直径大于 0.51mm~圆引线， 也视为半易弯曲引线。若无其他规定，半易弯曲引线应弯曲成弧形，在引线末端测得的弯曲角度至 少为 30。

3.4 双列直插式和针栅阵列式封装引线的试验程序

双列直插式封装引线具有一个以上的截面系数，插装时其引线通常并行排列而与封装底部成 90 角。双列直插式封装引线应向内弯曲成一个角度，这个角度应足以使引线保持 15 的永久弯曲(即去 掉应力后);对于外形 1 和 2，应从引线末端到第一弯曲处来测量弯曲角度。对于外形 3 应从引线末 端到安装平面测量弯曲角度。对针栅阵列式封装，应使相对边上位于外侧一列的受试引线弯曲一个 角度，该角度足以使引线保持 15 的永久弯曲(即去掉应力后)。弯曲角指与引线正常位置间的夹角， 近似从安装平面处测量。在初始弯曲结束后，引线应恢复到近似为原来的位置。

3.5 失效判据

去掉应力后，放大 20,50 倍检查时，在引出端(引线)和器件本体之间的断线、松动或

相对 移动都被视为器件失效。当有规定时，目检后应进行试验后测量。当上述程序用作其他试验的预处 理时，可在那个试验或试验顺序结束时进行这些测量。

试验条件 B2—引线疲劳

1 目的

本试验是为了检查引线抗金属疲劳的能力。

2 设备

为了按规定的角度重复施加弯曲应力，应有固定装置、夹钳、支架或其他适当的器具。

3 程序

3.1 双列直插式封装的试验程序

器件应按试验条件 B1 承受三次循环。试验时被施加的弯曲应力使引线发生试验条件 B1 中 3.4 所规定的那样弯曲。

3.2 扁平封装和金属管壳封装的试验程序 。

若无其他规定，应把 2.22?0.14N 的力加到被试的每条引线上，使外壳作三次 90?5

的弧 形弯曲。对于已预镀覆和涂覆且其截面系数等于或小于截面积为 0.16mm×0.51mm 的矩形引线或直

径为 0.51mm 的圆形引线的截面系数的引线，所加的力应是 0.83?0.09N。对一根引线的各次弯曲应 在同一个方向、同一个平面上而又不妨碍引线的弯曲。一个弯曲过程应在 2—5s 内完成。对矩形或 带状引线的器件而言，弧形平面应垂直于引线所在的平面。本试验不适用于试验时在引线密封处主 要产生扭转力的外壳边上的引线。

3.3 失效判据

器件上断开的引线应被视为失效。当去掉应力后，放大 20,50 倍检查时，任何在引出端(引 线)和器件本体之间出现的断线、松动和相对移动的器件都被视为失效。

试验条件 C—无引线片式载体和同类封装器件的焊接区附着性能

1 目的

本试验是用以检查器件焊接区承受一定时间剥离(离析)应力作用的能力。

2 设备

本试验所用设备应具有 10 倍的放大倍数，合适的夹钳、夹具用以固定器件，而且对焊到 器件焊接区的引线能施加规定的应力,时间试验条件，也可采用等效的线性拉力试验设备。

3 程序

若无其他规定，剥离(离析)应力试验应从用于本试验的每个器件中随机选择的焊接区进行。 而且，若无其他规定，应对至少从三个器件中选取的试验焊接区采用 LTPD 为 15 的抽样方案。

3(1 失效判据

去除拉力后，当放大 20 倍检验时，包括构成焊接区界面在内的任何剥层现象都被认为是 焊接区的附着失效。焊接区与器件脱离是一种明显的(无须光学放大)附着失效。导线与焊缝区分离 (留下了完整的焊接区)或导线断裂被认为是一种试验程序的失效。

扫频振动

1 目的

本试验的目的是测定在规定频率范围内振动对 MEMS 器件的影响。本试验是破坏性试 验。

2 设备

本试验所需设备包括具有规定强度和所需扫频的振动装置，以及试验后进行测量所必需 的光学和电气设备。

3 程序

器件应牢固地安置在振动台上，引线或电缆也应适当固定。使器件作等幅简谐振动，其 振幅两倍幅值为 1.52mm(?10,)，或其峰值加速度按试验条件 A、 或 C 的规定(+20,，-0g)。 B

在交越频率以下，试验条件应由振幅大小控制，在交越频率以上，试验条件应由峰值加速度 值控制。振动频率在 20~2000Hz 范围内近似地按对数变化。应在不少于 4min 的时间内经受 从 20Hz 到 2000Hz 再回到 20Hz 的整个频率范围的作用。在 X、Y 和 Z 三个方向上各进行四 次这样的循环(总共是 12 次)，从而整个周期运动所需的时间至少约为 48min(当有规定时， 对其壳体内所含部件或元件在振动时易移动和受到破坏的器件，应用 X 射线检查方法或去掉 封盖或打开外壳，放大 30 倍检查器件，从而揭示是否遭到损坏或有错位。

当本试验作为一个试验组或试验分组的一部分进行时，在本试验结束后不必专门进行试 验后测量或检查，而可在该组或分组试验结束时进行一次。

试验条件 峰值加速度(m,s2)

A 196(20g)

B 490(50g)

C 686(70g)

3.1 检查

试验后，不放大或放大不超过 3 倍，对标记进行外观检查;放大 20~50 倍对封装、引线 或密封进行目检。此项检查和任何附加的特殊测试和检查应在最终周期完成后，或在包括本 试验的一个试验组、一个试验序列或一个试验分组完成后进行。

3.2 失效判据

本试验后，不符合任何一项规定的测量或检查，封装、引线或密封有缺陷或损坏的迹象， 或标记模糊等，都应视为失效。由于试验时的操作和夹具引起的标志损坏不应成为器件拒收 的原因。

外部目检

1 目的

本试验的目的是检验已封装器件的工艺质量是否符合要求。本试验也可以用来检验已封 装器件在装运、安装、调试过程中引起的损坏。本试验通常作为制造厂的出厂检验或用户的 进货检查。

2 设备

试验中采用的设备应能证明器件是否符合应用要求，包括能至少放大 1.5 至 10 倍的光学 设备，具有较大的可以接受的可见视场。

3 程序

3.1 放大倍数

器件应在 1.5 到 10 倍的放大镜下进行检查，并且可以对器件的任何表面部位进行 1.5 到 10 倍范围的检查。然而，接收产品必须在 10 倍的放大镜下通过所有外部目检判据的检查;

玻璃密封器件应在 7 到 10 倍的放大镜下检查。

3.2 外来物质

当有或怀疑有外来物质时，应使器件受到压强约为 137kPa 经过滤的气流吸出或吹出处 理。

3.3 失效判据

如果呈现 3.3.1,3.3.8 条的任何一种情况，器件应视为失效。

3.3.1 外观

a(标志不清晰、标志内容或位置不符合适用的规范。

b(在密封周界上存在任何可见的涂层物质。

c(任何不符合或缺少适用的采购文件要求的必要的特征。

3.3.2 外来或错位的物质

a(焊料或其他外来物质(即沾污物或侵蚀物)使引线间或焊区间的绝缘区域距离减少到

小于引线间隔(对钎焊引线，为焊区间距)的 50,。在任何情况下这个距离应不小于引线 自身

最小线宽。

b(存在任何与引线和端点无关的外来物质。例如:镀涂物或其他附着的沉积物。

3.3.3 结构缺陷

a(在封装底盘安装表面上存在超出安装平面的突起物。

b(封装表面存在其高度超过引线厚度(有引线封装)的任何突起物(不包括玻璃溢出物)。

c(存在高于接触点(无引线封装)宽度 25,的盖板或帽上的突起物或延伸到焊区以外的 突起物。

d(在焊区之间、导热结构之间、密封环之间、导热结构和密封环之间以及帽盖与金属

化城堡区之间存在非设计要求的金属化区，使得它们之间的绝缘区小于焊区间距(无引线封装) 的 50,。

3.3.4 封装体或帽的涂层

a(不合格涂层(剥落、起皮、起泡、凹坑或腐蚀)。没有这些缺陷的退色可以接收。

b(由于破坏或是工艺造成的划伤、擦伤或凹槽使底层金属暴露。暴露的底盘是可以接

收的。

3.3.5 引线

a(断线

b(引线或端点没有固定或没位于正常位置;树叉状或发生非要求的弯曲或扭曲使引线 偏离正常引线平面 20 以上。

c(引线上的凹坑直径或凹槽的宽度超过引线宽度的 25,，深度大于引线厚度的 50,(圆 引线按直径计算)。

d(引线上的毛刺高度超过引线厚度的 50,(圆引线按直径计算)。

e(引线未对准焊区，致使与焊区相接部分小于引线焊区面积的 75,。

f(在金属化区(包括焊接引线镀层)内，各引线之间，或引线与其他封装金属化区之间的 绝缘部分距离减少到小于引线间隔的 50,。在任何情况下这个距离绝不能小于引线自身最小 轮廓线径。

g(焊料使得安装平面与陶瓷壳体之间的引线尺寸大于引线厚度(圆引线按直径计算)设计 值的 1.5 倍。或使每个封装平面下的引线尺寸超过设计的最大值。

h(划痕使得引线暴露底层金属的面积大于引线表面积的 5,。暴露引线截面的底层金属 是可以接收的，并不计算在 5,之内。

3.3.6 封装体或帽(有引线器件)

a(封装断开或封装有裂缝。表面划痕不应视为失效，除非与本节所列的标志、涂层等 判据相违背。

b(表面上任何缺口在任何方向上的尺寸大于 1.5mm，并且其深度超过封装有效单元厚 度的 25,(例如:涂层、基座、管壁)。

c(作为与钎焊引线相连导体的外引线金属化条上存在大于自身宽度 25,的孔隙。

d(在任何多层陶瓷封装上有明显的裂缝、脱落、分离或空洞。

3.3.7 封装体或帽(无引线器件)

a(在受损表面(边缘或棱角)的任一方向上存在几何尺寸超过引出端间距 50,以上的陶 瓷裂缝，且其深度超过受损封装部件(例如盖、帽、基座、壁)厚度的 25,。

b(在任一封装部件上存在裂缝、剥层、沟痕和空隙。

c(城堡状区与焊区未对准。在城堡状区内的金属(除圆环处外)均应在焊区的可见延伸区 域内。

d(城堡状区图形与下述规定不符。城堡状区应呈凹状，此凹形在封装边缘由贯穿所有 城堡状区的陶瓷层三维空间所限定。城堡状区表面可能是无规则的，此三维空间的尺寸分别 为:

(1)最小宽度大于封装引出端焊区宽度的 1,3;

(2)最小深度大于城堡状区的最小宽度的 1,2;

(3)长度等于设计值;

(4)最大宽度小于等于封装引出端的焊区宽度;

(5)最大深度小于等于城堡状区最大宽度的 1,2。

这些尺寸用以保证在极端的情况下，城堡在封装边缘上不会呈现为平面状，同时也不像 是闭合的通孔。

3.3.8 玻璃密封

a(玻璃密封表面的裂缝。

b(任一超过一个座标象限范围(即超过 90 扇形或围绕引线的 90 弧形)的单个圆弧状 裂缝(或重迭的裂缝)，它超过或正处于从引线到外壳距离一半以外的区域。

c(径向裂缝如下:

(1)裂缝不是起始在引线处。

(2)三条或更多条超过引线到外壳距离一半的裂缝。 (3)两条位于同一象限的超过引线到外壳距离一半的裂缝。 d(任何深度大于玻璃弯月形区的劈形。玻璃弯月形区指围绕在引线或引出端的隆

起玻璃区域。由于导致弯月形劈而暴露了底层金属是可以接收的，但应保证暴露面积的深度

不大于 0.25mm。

e(表面气泡超过下列规定:

(1)玻璃封装中的开口泡直径超过 0.13mm。

(2)开口泡串或簇大于引腿到外壳距离的 2,3。 f(表面下气泡超过下列规定的:

(1)大气泡或空洞的总面积超过玻璃封装面积的 1,3。 (2)大气泡或空洞大于引腿到外壳距离的 2,3。 (3)在一条直线上的两个气泡大于引腿到外壳距离的 2,3。 (4)互连的气泡大于引线到外壳距离的 2,3。

g(在引线处和(或)壳体界面存在非均匀性缺陷的凹形封装

老炼试验

目的 1

老炼试验的目的是为了筛选或剔除那些勉强合格的器件。这些器件或是本身具有固有 的缺陷或者其缺陷产生于制造工艺的控制不当，这些缺陷会造成与时间和应力有关的失效。 如不进行老炼试验，这些有缺陷的器件在使用条件下会出现初期致命失效或早期寿命失效。 因此，筛选时用最大额定工作条件或在最大额定工作条件之上对 MEMS 加应力，或施加能 以相等的或更高的灵敏度揭示出随时间和应力变化的失效模式的等效筛选条件。

2 设备

应提供适当的插座和其他安装手段，使得在规定结构中被试器件引出端有可靠的电 连接。安装的方式应设计成器件内部的耗热不会通过传导方式消散，只能在规定的环境温度 或在该温度之上通过器件引出端和必要的电连接散热。设备应能在被试器件引出端上

提供规 定的偏置，并且若有规定时，还应监测输入激励或输出响应。电源和电流调节电阻器应至少 能在整个试验过程中，只要其电源电压、环境温度等条件的变化在常规范围内，均能保持规 定的工作条件。试验设备最好应安排成使器件只出现自然对流冷却。试验条件导致明显的功 率耗散时，试验设备应设置成使每个器件产生近似平均的功率耗散，而不管器件是单独试验 还是成组试验。试验电路不必补偿单个器件特性的正常变化，但是应设置得使一组中的某个 器件失效和出现异常时(即开路、短路等)不致对该组中其他器件的试验效果产生不良影响。

3 程序

MEMS 器件应按规定时间和温度进行规定条件的老炼筛选试验。若无其他规定，在表 1 确定的等效时间和温度下进行。表 1 中对不同器件等级规定的温度—时间组合关系均可作 为试验条件。试验前确定的试验条件(时间和温度)应予以记录并贯穿整个试验过程。老炼前 和老炼后测量应按规定进行。

不同器件等级规定的温度—时间对应关系 表 1

最小温度(?) 最小时间(h)

125 160

130 138

135 120

140 105

145 92

150 80

170 48

200 28

3(1 试验条件

3.1.1 试验温度

老炼试验环境温度应至少为 125?。承制方可以增加试验温度，并按表 1 减少相应的 试验时间。因为在正常情况下芯片温将明显地高于环境温度，所以应设计成使试验和工作时 的最高额定芯片温度不超过规定值。规定的试验温度是在烘箱中工作区域内所有器件受到的 最低环境温度。为了保证这一条件的实现，可对烘箱的内部结构、负荷、控制或监测仪器的

放置位置、空气或烘箱内其他气体的流动或液体媒质等各方面作必要的调整。在校准时，应 使烘箱处于满负荷但不加功率的状态，调节指示器的传感器探头位置，使其位于烘箱内工作 区域的最低温度处。

3.1.1 大功率 MEMS 器件的试验温度

不管器件的功率大小，所有器件都应能在其最大额定工作温度下进行老炼或寿命试 验。对于采用环境温度 TA 表示最高工作温度的器件，试验温度按表 1 的规定。对于采用外 壳温度 Tc 表示其最高工作温度的器件，如果环境温度会引起芯片温度超过 200?，老炼和寿 命试验时的环境工作温度可从 125?减少到某一个温度值而无需改变试验时间。应能证明在 该环境温度下芯片在 175?到 200?之间，Tc 等于或大于 125?。应有一组数据表明减小环 境温度的合理性。

3.1.1.2 多芯片模块器件的试验温度

应按表 1 的规定确定老炼时的环境温度或壳温。但按壳温老炼时至少应采用对 该器件确定的最高工作壳温(Tc)。器件老炼时应采用详细规范中规定的最高工作温度和负载 条件。由于在正常情况下，壳温和芯片温度明显高于环境温度，应该改进结构，使温度不要 超过详细规范中规定的最高额定芯片温度和聚合材料固化温度。若未规定最高结温，则取为 175?。不应采用加速老炼试验。试验时烘箱中所有器件的环境温度或壳温的最低值不得小 于规定的试验温度。为了保证这一条件的实现，可对烘箱的内部结构、负荷、控制或监测仪 器的放置位置，烘箱内空气或其他气体的流动或液体媒质等各方面作必要的调整。

3.2 测量

当有规定时，或制造厂自愿时，应在施加老炼试验条件前进行老炼前测试。老炼后测

试 应在器件移出规定老炼试验条件后(即撤除加温或去除偏置)的 96h 内完成。测试应包括全部 25?参数测试和作为中间(老炼后)测试的一部分而规定了变化量极限的全部参数。当采用时， 应根据这些测试确定参数的变化量极限是否超过了允许的范围。无论对于常规老炼试验或加 速老炼试验，如果不能在 96h 内完成这些测试，那么在作老炼后的测试之前器件应按原先的 老炼条件和原来采用的温度至少再作老炼。

3.2.1 老炼后的冷却

去除偏置前，所有器件应冷却到与室温下器件加功率时处于稳定情况下的温度之间差 别不超过 10?。为了把器件转移到与作老炼试验的工作室不在一处的冷却位置而中断偏置不 超过 lmin，不应看作去除了偏置(在冷却位置处加的偏置应与老炼时的偏置相同)。在重新加 热器件之前应完成全部 25?的参数测试。

3.2.2 试验装置监测

应在试验开始和结束时，在试验温度下监测试验装置，从而证实全部器件已按规定 要求施加应力。以下是至少应进行的监测程序:

a(器件插座

在开始使用插座时和以后至多每隔六个月(每六个月一次或在六个月期间未使用， 则使用前都应检查每块试验板或试验座，以验证连接点的连续性，从而保证能把偏置电压和 信号加到每个插座上。试验板上用于稳定被试器件工作的电容器和电阻器也应按此方式验 证，以确信它们能起到其应起的作用(即不应出现开路或短路)。除了这种最初的和定期性

的 验证外，不必在每次试验时逐个检查器件或器件插座，但在使用每块试验板前应采用随机抽 样技术，这就可以保证与被试器件电连接的正确性和连续性。

b(试验板或试验座的连接件

将器件装入试验板、插入烘箱并升温到温度至少为 125?(若小于 125?，则为规定 试验温度)的烘箱后，应至少在每块试验板或试验座的一个位置上验证要求的试验信号，从而 保证在采用的试验布局中所使用的每条连线或接插件均已正确施加了规定的应力并具有连

续性。为进行这种验证允许打开烘箱不超过 10min。

c(在试验过程结束时，使器件降低温度和撤除试验条件前，应重复上述 b 条关于 信号的验证过程。

若在规定进行的试验时间内的某段时间出现了导致必要的试验应力未能加到器件 上去的失效或接触开路时，应延长试验时间以保证实际受应力作用的时间满足规定的最少总 试验时间要求。若在老炼的最后 8h 内，在温度未变的情况下，偏置中断的总时间超过了 10rain，就要求从最后一次偏置中断时刻算起，至少再作 8h 不中断的老炼。

倒装片拉脱试验

1 目的

本试验的目的是测量 MEMS 芯片与衬底之间以面键合结构进行连接的衬底之间的内部键 合强度。

2 设备

本试验所需的设备包括对键合施加规定应力的合适设备。应由能测量两倍于规定的最低 极 限应力值的设备来提供外加应力的校准测量和指示，其准确度为?5,或?2.45N，取其大者。

3 程序

应按下列步骤进行试验。应统计所有的芯片拉力，且应遵循规定的抽样、接收和附加的样 品制备(适用时)。由规定的 LTPD 确定待试验芯片数目(而不是键合数)。应该在采用能提高视在键 合强度的密封剂、粘合剂或其他材料之前进行所有的拉力试验。

3.1 试验

经校准的拉脱设备应包括拉开棒(例如镍铬合金线或可伐线电流环)，其截面积为芯片表面积 的 75,(+3,，-5,)。该棒应与倒装芯片背面上的硬调节粘结剂材料相连接(例如具有高拉力强度的 腈基丙烯酸酯或其他粘结剂)。衬底应刚性地安装在拉开夹具中，拉开棒应与粘结剂材料形成坚固的 机械连接。应以 4.9?0.98N,s 的速率在芯片表面法线方向 5,范围内无冲击地拉芯片，直到芯片与 衬底分离;当出现失效时，应记录失效时的力、计算的力极限和失效类型。

3.2 失效判据

使倒装芯片产生分离的最小外加应力应按下式计算，小于其值则视为失效:

760N,cm2×平均焊料凸点面积(cm2)×焊料凸点数

3.2.1 失效类型

失效类别如下所示。当规定时，应记录获得分离所需的应力和分离或失效的主要类别。

a(硅断裂;

b(从芯片上拉起的金属化;

c(键合晶片界面的分离;

d(键合区内的失效;

e(键合衬底界面的分离;

f(从衬底上拉起的金属化;

g(衬底断裂;

寿命,可靠性试验

1 目的

本试验的目的是确定:(1)寿命分布;(2)寿命加速特性;(3)失效率(入)水平。

2 设备

应提供适当的插座和其他安装手段，使得在规定结构中被试器件引出端有可靠的电 连接。安装的方式应设计成器件内部的耗热不会通过传导方式消散，只能在规定的环境温度 或在该温度之上通过器件引出端和必要的电连接散热。设备应能在被试器件引出端上提供规 定的偏置，并且若有规定时，还应监测输入激励。电源和电流调节电阻器应至少能在整个试 验过程中，只要其电源电压、环境温度等条件的变化在常规范围内，均能保持规定的工作条 件。试验设备最好应安排成使器件只出现自然对流冷却。试验条件导致明显的功率耗散时， 试验设备应设置成使每个器件产生近似平均的功率耗散，而不管器件是单独试验还是成组试 验。试验电路不必补偿单个器件特性的正常变化，但是应设置得使一组中的某个器件失效和 出现异常时(即开路、短路等)不致对该组中其他器件的试验效果产生不良影响。

3 程序

MEMS 器件应在规定时间内和试验温度下按规定的试验条件，并应在规定的中间和 终点进行测量。试验前选择的试验条件、时间、样本大小和温度应记录下来，并在整个试验 中都应遵照执行。

试验条件 时间

4000 40? 93RH

250? 4000

85? 85RH 1000

3.1 测量

测量应分为以下两类:

A 类一初始和最终测量

B 类一中间测量

若无其他规定，全部测量应在器件移出规定试验条件后的 8h 内完成，测量内容包 括:

A 类一全部规定的终点测量

B 类一选择的临界参数

A 类测量在试验开始时和最终测量时进行。

B 类中间测量对 1000h 试验应在第 4、8、16、32、64、128、256、512h 进行;对 4000h 试验时还应在第 1000 和 2000h 进行。

3.1.1 寿命试验后的测量

在进行了寿命试验条件后测量器件时，器件应在去掉偏置前冷却到室温。重新加热 器件之前应完成全部规定的 25?测量。

3.1.2 试验装置监视

应在试验开始和结束时在试验温度下监视试验装置，以保证全部器件按规定施加应 力。

以下是至少应进行的监视程序:

a(器件插座

在开始使用时和以后至少每隔 6 个月，都应检查每块试验板或座以证明接触点的连 续性，从而保证偏置电源和信号信息加到每个插座上。除了这种最初的和周期验证外，不必 逐个检查各个器件或器件插座，但每次使用前应采用随机抽样检查，以保证被试器件电连接 的正确性和连续性。

b(试验板或座的连接件

当试验板上载有器件并插入至少 125?或规定试验温度(取较小值)的烘箱中后，应 在每块试验板或座中至少一个位置上验证各个所需的试验信号，从而保证对在适当的试验装 置中使用的每条连线或每个接插件均能正确地施加规定的应力及其具有连续性。

这种验证可通过打开烘箱最多不超过 10min 来进行。

c(在试验周期结束，去除对器件的温度和试验条件作用前，应重复上述 b 的电压 和信号条件的验证过程。

在规定的试验时间周期中的某段时间内，当出现失去了必要的试验应力的失效或接 触开路时，应延长试验时间以保证实际受应力作用时间满足总试验时间的要求 o

3.2 试验抽样

试验抽样应按规定。在给定的试验温度内所用器件应不得少于 40 个。

3.6 试验结果分析

3.6.1 寿命分布分析

对每次试验失效进行认真的失效分析就可提高试验结果分析的有效性。用失效机理 的相似性，如与相关表面、金属迁移、金属间化合物结构的形成等对失效进行分组。应记录 一组中每个失效情况随时间的变化过程。它包括单个失效的时间及计算出来的有关累计百分 失效率。为了有利于从小样本寿命试验估算分布参数，数据应按累计分布绘制曲

线。因为 MEMS 寿命分布表现为对数正态分布。在组合图形中的“反常”和“主要”的点群与预期的 双峰分布点将以 S 形出现。数据分析中所必须的分布参数值，中值寿命和σ计算如下:

50%失效的时间 , , ln 16%失效的时间

应进行单个的“反常”和“主要”的点群的独立分析和进行拟合良好性检定来检验 分布。

3.6.2 寿命加速分析

进行寿命可靠性表征要求在相同的额定电压条件下对几个温湿度应力建立失效分 布。这些失效分布必须代表同样的失效机理。可以在规定图上画出“反常”和“主要”的点 群中值寿命时间来确定在所希望的使用温度下的等效寿命时间。

3.6.3 失效率计算

MEMS 的失效是对数正态分布，所以失效率随时间而变化。在任何给定时间的失效 率可采用规定图计算，该图是根据对数正态分布使用数学方法计算瞬态失效率的归一化表 示。