“客户要求执行“预处理测试（Preconditioning Test）”，您却混淆以为客户要的是“湿度敏感等级试验（MSL Test）”，到底两者有何不同?
关于可靠度验证（Reliability Test 或是 Reliability Assurance，简称 RA）相信大家都不陌生，何谓RA，就是以量化数据做为产品品质保证之依据，借由实验模拟，产品于既定时间内、特定使用环境条件，执行特定规格功能，成功完成工作目标的概率，以量化数据作为产品品质保证的依据。
不过您知道，IC 封装体在进行相关环境类 RA 之前，有一项试验必须先进行，依照电子设备工程联合委员会（Joint Electron Device Engineering Council，简称 JEDEC）的 JESD 47 规范，在进行相关环境类实验前，必须先进行“预处理测试（Preconditioning Test）”。
然而，由于“预处理测试（Preconditioning Test）”的实验流程/步骤与“湿度敏感等级试验（MSL Test）”类似，宜特时常遇到很多客户混淆此两种实验；本期宜特小学堂，将协助您厘清此两种测试的差异。
一、测试目的
首先，我们先来了解测试的目的在哪儿，简单来说“预处理测试（Preconditioning Test）”的目的是要“模拟 IC 封装体在上板过程中可能遇到的失效状况”；而“湿度敏感等级试验（MSL Test）”则是要“让使用者了解该 IC 能够曝露在作业环境下多久”。
- “湿度敏感等级试验（MSL Test）”的目的
什么是“让使用者了解 IC 能够曝露在作业环境下多久”? 现今的样品尺寸越做越小，对于湿气的抵抗能力就要越好，湿气会沿着 IC 胶体缝隙或引脚接缝渗入产品内部，当 IC 在执行回焊炉（Reflow）作业的时候，由于温度快速增加，导致在IC内部的水汽快速膨胀，因而造成 IC 内部有分层或其他异常现象产生。“湿度敏感等级测试（MSL Test）”即在检测 IC 封装体对湿气的抵抗能力，确认该 IC 样品可以通过吸湿敏感的哪个等级，让使用者可以明确知道该样品的湿敏等级，使用者就能依照规范中各等级所定义的环境，来进行使用以及存放样品，确保在后续组装生产的时候，在 Reflow 作业过程中产品的品质。
- “预处理测试（Preconditioning Test）”的目的
“预处理测试（Preconditioning Test）”，是 IC 封装体执行“环境类可靠度验证（RA）”实验前的前期测试，主要是“模拟 IC 封装体在上板过程中可能遇到的失效状况”。在正式进行 RA 实验前，需先模拟执行 IC 上板组装 Reflow 过炉，确认在执行可靠度测试前不会因为 Reflow 有异常，导致零件毁损等，影响后续测试结果。如果预处理测试（Preconditioning test）时，就发现待测样品有问题，后续相关的 RA 建议暂停执行，直到确认失效原因并改善后，才能进行后续 RA 实验。
二、测试流程
- “湿度敏感等级试验（MSL Test）”流程
MSL 实验测试规范主要以 IPC/JEDEC J-STD-020 为依归。待测物需先执行“初始电性测试（Initial Electrical Test）”、“外观检查（Visual Inspection）”、与“超音波检验（Pre-SAT）”，确认待测物初始状况，是否有脱层（Delamination）、裂痕（Crack等），做为实验后的数据比对。
接着，执行“125℃ 烘烤 24 小时（Bake125℃ 24Hrs）”，此步骤的目的是将产品烘干，如同您的客户收到 IC 样品，从真空包装袋拆封后的 IC，是干燥的状态。
再来，执行“吸湿（Soak ）”，此步骤的目的则是模拟 IC 暴露在真实环境的状况。实验流程，会依照客户想要通过湿度敏感等级（参见图一），“吸湿（Soak）”实验条件也会随之不同。举例而言，若客户想要让 IC 的拆封到组装完毕的时间为 168hrs 内，则测试的等级需选择 Level 3，进行吸湿条件为 30℃/60%RH/192hrs（参见图一 Floor Life 字段）。
▲图一:吸湿敏感等级，依据零件吸湿条件共分为六个等级。
接着，则是进行“回焊（ReflowX3）”试验，模拟组装时进行 Reflow 的状况。 最后我们会进行外观检验（Final Visual Inspection）、超音波检验（Post-SAT），再将样品交付客户执行电性测试（Post-Electronical Test）。
如以上说明的测试流程中，IC 会经过吸湿的步骤进行吸收水汽，而水汽在回焊试验（ReflowX3）的流程中，会因为温度快速升高造成水汽快速膨胀，而水汽的膨胀可能会造成 IC 样品内部有脱层（Delamination）的现象，进而造成 IC 的功能性异常。
因此，在 MSL 试验前后，都安插了外观检验（Visual Inspection）与超音波检验（SAT）进行确认。这两个站点目的是要确认实验前后的外观与 IC 内部是否有异常。
若选用之吸湿等级经 MSL 测试后样品失效，得选择等级较低的试验条件重新再进行验证，最终之等级须标示于零件外包装上，让使用者可以明确地清楚该 IC 的 MSL 等级。
附带一提，失效判定包括外观损坏破裂、电性测试失效、内部破裂（Internal Crack）、结构脱层（Delamination）（参见图二）。
▲图二：左图为 MSL 试验前，无任何脱层现象；右图为 MSL 试验后，Die Paddle / Lead frame 产生脱层现象（Delamination）。
▲图三：MSL 试验流程步骤
- “预处理测试（Preconditioning Test）”流程
Preconditioning 测试规范主要参考 JESD22-A113，其基本的流程步骤，有几项是非必要的，主要依据实际应用层面而决定是否选用（optional）执行（第三、七、八、九步骤），例如第三步骤温度循环（Temperature Cycling X5），主要是在模拟产品在运输过程 （无论是船运、空运、或一般货车都属运输的一种） ，依照规范所提到的，在测试时候可以依照产品的实际需求来选择此项是否要执行。
其他流程则与 MSL 测试大同小异，同样需要经过电性测试（Electrical Test）、外观检验（Visual Inspection）、烘烤（Bake125℃ 24Hrs）、吸湿（Soak）、回焊试验（ReflowX3）（参见图四）。最后也则是须再一次进行电性测试（Final Electrical Test），确认电性测试的资料都没有问题后，IC 样品才能正式执行后续的可靠度试验（RA）。
▲图四：Preconditioning 基本测试流程步骤
- 小结
我们可以发现预处理测试（Preconditioning Test）的基本流程，并没有超音波检验（SAT）；主要是当我们在执行“预处理测试（Preconditioning Test）”之前，就必须先透过 MSL 试验，确认样品的吸湿敏感等级以及其样品是否可通过指定的等级条件，而在 MSL 的这个试验步骤中，就已有使用 SAT 的步骤确认过 IC 样品内部是否有异常情形，因此，在预处理测试（Preconditioning Test）流程中，便不用执行 SAT 的步骤。
综合以上，MSL 试验与预处理测试（Preconditioning Test）不仅在执行的目的不同，在实验上的步骤也有所差异。
| 预处理测试(Preconditioning Test) | 湿度敏感等级试验(MSL Test) | |
| 实验目的 | 模拟IC封装体在上板过程中可能遇到的失效状况 | 让使用者了解该IC能够曝露在作业环境下多久 |
| 依循规范 | JESD22-A113 | IPC/JEDEC J-STD-020 |
| 实验步骤: | ||
| 1. 初始电性测试
Initial Electrical Test |
O | O |
| 2. 初始外观检验
Initial Visual inspection |
O | O |
| 3. 初始超音波检验
Pre-SAT |
x | O |
| 4. 5次温度循环试验
Temperature CyclingX5 |
△ | x |
| 5. 烘烤
Bake |
O | O |
| 6. 吸湿
Soak |
O | O |
| 7. 3次回焊试验
Reflow*3 |
O | O |
| 8. 助焊剂应用
Flux application |
△ | x |
| 9. 清洗
Cleaning |
△ | x |
| 10 . 烘干
Dry |
△ | x |
| 11. 最终外观检验
Final Visual Inspection |
O | O |
| 12. 最终超音波检验
Post-SAT |
x | O |
| 13. 最终电性测试
Final Electrical Test |
O | O |
| 备注1：做预处理测试(Preconditioning Test)之前，应先得知湿度敏感等级试验(MSL Test)
备注2: △为option选项 |
||
▲表一：预处理测试（Preconditioning Test）V.S.湿度敏感等级测试（MSL Test）比较表
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（图片来源：宜特科技）
