从焊锡膏可靠性测试方案看半导体IC芯片的大批量快速测试

前言

焊锡膏也叫锡膏，英文名solder paste，灰色膏体。焊锡膏是伴随着SMT应运而生的一种新型焊接材料，是由焊锡粉、助焊剂以及其它表面活性剂、触变剂等加以混合，形成的膏状混合物。主要用于SMT行业PCB表面电阻、电容、IC等电子元器件的焊接。

      焊锡膏在常温下有一定的粘性，可将电子元器件初粘在既定位置，在焊接温度下，随着溶剂和部分添加剂的挥发，将被焊元器件与印制电路焊盘焊接在一起形成永久连接。

      在一些手机、通讯、汽车、航空等领域，对于电路板的寿命和使用温度均有着特殊的要求，因此对于锡膏也有着特殊的要求，例如使用寿命、耐高温程度等，而在众多的测试中，可靠性测试是必不可少的一项。

      在国内某知名手机生产厂商的手机锡膏可靠性测试项目中，我们需要检测相邻两条锡膏覆盖的焊盘之间绝缘阻抗的可靠性，保证其在高温、高湿、盐雾环境，以及长时间加电的情况下，绝缘阻抗不会发生变化，从而保证设备的正常运行。

      在实际的测试中，通过将拥有多个平行条状焊盘上涂有锡膏的电路板放入环境箱，对其施加不同的环境，同时在锡膏与GND之间施加电压，通过改变环境和电压来模拟和加速老化过程。通过检测锡膏之间的表面绝缘电阻，来判断锡膏的可靠性。

问题难点

1. 锡膏条之间的绝缘阻抗可达1012Ω，此级别的电阻在一般情况下我们都会直接认为是开路状态(实际上也就是开路状态)。所以我们需要可以检测到此级别电阻的特殊仪器。

2. 被测对象较多，同一时间有256路锡膏条需要进行检测和加电，如果每一路搭配一台电源和一个测试仪，那么成本和体积都将会是巨大的，因此我们需要尽可能的降低成本。

3. 因为被测对象很多，每一项测试的时间都比较长，所以我们需要整套系统可以用尽量少的人工去操作，实现自动化的测试。

解决方法

在解决此次问题的过程中，我们运用现有产品自主搭建了一套测试系统，该测试系统中，我们用到了以下设备：

1. 高阻仪。首先用到了高阻仪，用来测试绝缘电阻的大小，高阻仪可以测试超过1013Ω大小的电阻，因此可以在这套系统中负责最主要的测量环节。

2. 程控电源。利用程控电源，我们可以给锡膏施加电压，并且可以按照我们的测试需求任意调整电压的大小。

3. 矩阵开关。系统中的核心设备为一个超大规模的矩阵开关，采用的是英国Pickering定制的双刀2*256规模的矩阵模块，支持LXI控制。利用矩阵，我们主要实现两个功能：1）扩展高阻仪的通道，使其可以分时采集256个被测对象的信号；2）扩展电源通道，使电源可以按照我们的意愿施加到256个被测对象上，同时在需要对某一路进行测试的时候断开电源，接入高阻仪。

4. 环境箱。用来模拟各种相对恶劣的环境，例如高温、高湿、盐雾等。

 

                                                  图一 系统框图

方法优势

1. 本系统可以同时接入 256 个被测件，通过上位机进行自动化测试；

2. 本系统包括了给被测件长时间供电，提供特殊的环境，还有接入高阻仪进行自动化测试的功能；

3. 接入被测件的数量增加，只需在后期加入相关的升级部件；

4. 可用于其他的自动化测试，前提是测试要求的电气性能指标不超过本系统；

方法核心

本系统中的核心产品为一套大规模的矩阵系统，用来实现信号的路由和切换，同时可以使用LAN口进行远程控制，所以可以搭配测试仪器组成全自动的测试系统。

本系统使用的矩阵型号为60-556系列：

• 矩阵规模：双刀矩阵，最多扩展到4096个节点；

• 最大使用电压：直流 300V；

• 最大使用电流：直流 2A；

• 初始通路开关内阻＜1Ω；

• 初始断路开关电阻＞10^11Ω；

• 提供常见编程环境的API接口；

 

 

                                                    图二 系统核心仪器实物图  

     60-556/555是适用于大型ATE系统中信号路由的高密度双刀矩阵。它可以轻松扩展以产生更大的尺寸，例如，可以连接两个单元以创建1024x8矩阵。60-556与60-555具有相同的体系结构，但具有4路而不是8路Y总线。该矩阵由64x4子卡构成，可以提供增量为64，大小从192到512X的连接。

结论     

总而言之这是一款高密度开关矩阵，可以有效解决成本问题，提高检测速率，并且适合PXI平台的高密度矩阵的应用。它不仅可以被应用于焊锡膏可靠性测试，这种方法也可以被扩展应用于各种大批量IC测试，晶圆测试等。如果您想进一步了解此方法的信息，欢迎咨询