為何總是混淆 Preconditioning 預處理測試與 MSL 濕敏試驗

客戶要求執行「預處理測試（Preconditioning Test）」，執行廠商卻混淆以為客戶要的是「濕度敏感等級試驗（MSL Test）」，到底兩者有何不同？以下我們就來看看。

關於可靠度驗證（Reliability Test 或是 Reliability Assurance，簡稱 RA）相信大家都不陌生，何謂RA，就是以量化數據做為產品品質保證之依據，藉由實驗模擬，產品於既定時間內、特定使用環境條件，執行特定規格功能，成功完成工作目標的機率，以量化數據作為產品品質保證的依據。

不過，IC 封裝體在進行相關環境類 RA 之前，有一項試驗必須先進行，依照電子設備工程聯合委員會（Joint Electron Device Engineering Council，簡稱 JEDEC）的 JESD 47 規範，在進行相關環境類實驗前，必須先進行「預處理測試（Preconditioning Test）」。

然而，由於「預處理測試（Preconditioning Test）」的實驗流程/步驟與「濕度敏感等級試驗（MSL Test）」類似，宜特科技時常遇到很多客戶混淆此兩種實驗；本期宜特小學堂，將協助釐清此兩種測試的差異。

一、測試目的

首先，我們先來了解測試的目的在哪裡，簡單來說「預處理測試（Preconditioning Test）」的目的是要「模擬 IC 封裝體在上板過程中可能遇到的失效狀況」；而「濕度敏感等級試驗（MSL Test）」則是要「讓使用者了解該 IC 能夠曝露在作業環境下多久」。

「濕度敏感等級試驗（MSL Test）」的目的

什麼是「讓使用者了解 IC 能夠曝露在作業環境下多久」? 現今的樣品尺寸越做越小，對於濕氣的抵抗能力就要越好，濕氣會沿著 IC 膠體縫隙或引腳接縫滲入產品內部，當 IC 在執行回焊爐（Reflow）作業的時候，由於溫度快速增加，導致在IC內部的水氣快速膨脹，因而造成 IC 內部有分層或其他異常現象產生。「濕度敏感等級測試（MSL Test）」即在檢測 IC 封裝體對濕氣的抵抗能力，確認該 IC 樣品可以通過吸濕敏感的哪個等級，讓使用者可以明確知道該樣品的濕敏等級，使用者就能依照規範中各等級所定義的環境，來進行使用以及存放樣品，確保在後續組裝生產的時候，在 Reflow 作業過程中產品的品質。

「預處理測試（Preconditioning Test）」的目的

「預處理測試（Preconditioning Test）」，是 IC 封裝體執行「環境類可靠度驗證（RA）」實驗前的前期測試，主要是「模擬 IC 封裝體在上板過程中可能遇到的失效狀況」。在正式進行 RA 實驗前，需先模擬執行 IC 上板組裝 Reflow 過爐，確認在執行可靠度測試前不會因為 Reflow 有異常，導致零件毀損等，影響後續測試結果。如果預處理測試（Preconditioning test）時，就發現待測樣品有問題，後續相關的 RA 建議暫停執行，直到確認失效原因並改善後，才能進行後續 RA 實驗。

二、測試流程

「濕度敏感等級試驗（MSL Test）」流程

MSL 實驗測試規範主要以 IPC/JEDEC J-STD-020 為依歸。待測物需先執行「初始電性測試（Initial Electrical Test）」、「外觀檢查（Visual Inspection）」、與「超音波檢驗（Pre-SAT）」，確認待測物初始狀況，是否有脫層（Delamination）、裂痕（Crack等），做為實驗後的數據比對。

接著，執行「125℃ 烘烤 24 小時（Bake125℃ 24Hrs）」，此步驟的目的是將產品烘乾，如同您的客戶收到 IC 樣品，從真空包裝袋拆封後的 IC，是乾燥的狀態。

再來，執行「吸濕（Soak ）」，此步驟的目的則是模擬 IC 暴露在真實環境的狀況。實驗流程，會依照客戶想要通過濕度敏感等級（參見圖一），「吸濕（Soak）」實驗條件也會隨之不同。舉例而言，若客戶想要讓 IC 的拆封到組裝完畢的時間為 168hrs 內，則測試的等級需選擇 Level 3，進行吸濕條件為 30℃/60%RH/192hrs（參見圖一 Floor Life 欄位）。

▲ 圖一：吸濕敏感等級，依據零件吸濕條件共分為六個等級。

接著，則是進行「回焊（ReflowX3）」試驗，模擬組裝時進行 Reflow 的狀況。最後我們會進行外觀檢驗（Final Visual Inspection）、超音波檢驗（Post-SAT），再將樣品交付客戶執行電性測試（Post-Electronical Test）。

如以上說明的測試流程中，IC 會經過吸濕的步驟進行吸收水氣，而水氣在迴焊試驗（ReflowX3）的流程中，會因為溫度快速升高造成水氣快速膨脹，而水氣的膨脹可能會造成 IC 樣品內部有脫層（Delamination）的現象，進而造成 IC 的功能性異常。

因此，在 MSL 試驗前後，都安插了外觀檢驗（Visual Inspection）與超音波檢驗（SAT）進行確認。這兩個站點目的是要確認實驗前後的外觀與 IC 內部是否有異常。

若選用之吸濕等級經 MSL 測試後樣品失效，得選擇等級較低的試驗條件重新再進行驗證，最終之等級須標示於零件外包裝上，讓使用者可以明確地清楚該 IC 的 MSL 等級。

附帶一提，失效判定包括外觀損壞破裂、電性測試失效、內部破裂（Internal Crack）、結構脫層（Delamination）（參見圖二）。

▲ 圖二：左圖為 MSL 試驗前，無任何脫層現象；右圖為 MSL 試驗後，Die Paddle / Lead frame 產生脫層現象（Delamination）。

▲ 圖三：MSL 試驗流程步驟。

「預處理測試（Preconditioning Test）」流程

Preconditioning 測試規範主要參考 JESD22-A113，其基本的流程步驟，有幾項是非必要的，主要依據實際應用層面而決定是否選用（optional）執行（第三、七、八、九步驟），例如第三步驟溫度循環（Temperature Cycling X5），主要是在模擬產品在運輸過程（無論是船運、空運、或一般貨車都屬運輸的一種），依照規範所提到的，在測試時候可以依照產品的實際需求來選擇此項是否要執行。

其他流程則與 MSL 測試大同小異，同樣需要經過電性測試（Electrical Test）、外觀檢驗（Visual Inspection）、烘烤（Bake125℃ 24Hrs）、吸濕（Soak）、回焊試驗（ReflowX3）（參見圖四）。最後也則是須再一次進行電性測試（Final Electrical Test），確認電性測試的資料都沒有問題後，IC 樣品才能正式執行後續的可靠度試驗（RA）。

▲ 圖四：Preconditioning 基本測試流程步驟。

小結

我們可以發現預處理測試（Preconditioning Test）的基本流程，並沒有超音波檢驗（SAT）；主要是當我們在執行「預處理測試（Preconditioning Test）」之前，就必須先透過 MSL 試驗，確認樣品的吸濕敏感等級以及其樣品是否可通過指定的等級條件，而在 MSL 的這個試驗步驟中，就已有使用 SAT 的步驟確認過 IC 樣品內部是否有異常情形，因此，在預處理測試（Preconditioning Test）流程中，便不用執行 SAT 的步驟。

綜合以上，MSL 試驗與預處理測試（Preconditioning Test）不僅在執行的目的不同，在實驗上的步驟也有所差異。

	預處理測試(Preconditioning Test)	濕度敏感等級試驗(MSL Test)
實驗目的	模擬IC封裝體在上板過程中可能遇到的失效狀況	讓使用者了解該IC能夠曝露在作業環境下多久
依循規範	JESD22-A113	IPC/JEDEC J-STD-020
實驗步驟:
1. 初始電性測試 Initial Electrical Test	O	O
2. 初始外觀檢驗 Initial Visual inspection	O	O
3. 初始超音波檢驗 Pre-SAT	x	O
4. 5次溫度循環試驗 Temperature CyclingX5	△	x
5. 烘烤 Bake	O	O
6. 吸濕 Soak	O	O
7. 3次回焊試驗 Reflow*3	O	O
8. 助焊劑應用 Flux application	△	x
9. 清洗 Cleaning	△	x
10 . 烘乾 Dry	△	x
11. 最終外觀檢驗 Final Visual Inspection	O	O
12. 最終超音波檢驗 Post-SAT	x	O
13. 最終電性測試 Final Electrical Test	O	O
備註1：做預處理測試(Preconditioning Test)之前，應先得知濕度敏感等級試驗(MSL Test) 備註2: △為option選項