2.3 环境适应性表征及标准要求

2.3.1 高温环境适应性

高温环境是导致集成电路封装失效的主要因素之一。对于塑封集成电路产品，高温环境会加速塑封材料的湿气侵入；对于气密封装，高温环境会导致焊料层退化、有机材料老化，产生孔洞、裂纹，降低焊接强度及封装的气密性，以及加剧内部材料的分解或释气，影响气密封装可靠性。同时，对于封装内部芯片间的布线互连，高温环境会加速互连线的电迁移和应力迁移现象，降低集成电路产品的可靠性。

对于集成电路封装的高温环境适应性，通常采用高温试验来衡量时间和温度对封装热失效的影响。例如，焊料凸点在高温应力下，金属间化合物生长，这导致互连的电阻退化和凸点的脆性增加，影响焊接可靠性。芯片粘接层在高温应力下微观组织形貌发生变化，剪切力下降，从而降低产品可靠性。

2.3.2 温变环境适应性

温变环境适应性常见的表征方法包括温度循环试验、温度冲击试验和功率循环试验。温度循环试验主要考核封装结构承受高温和低温交替变化的能力，其温变速率较低。温度冲击试验主要考核封装结构在遭受温度剧烈变化时的抵抗能力，温变速率较高，通常在10s时间内实现温度从极端低温到极端高温。功率循环试验测定集成电路封装结构承受高低功率循环的能力，在功率循环过程中，芯片产生的热量对芯片及封装可靠性造成严重影响，通常用来模拟典型应用中遇到的最坏情况。通常，功率循环分为短循环和长循环，短循环对键合界面退化影响显著，长循环对焊料界面退化影响较大。

封装材料的热膨胀系数不同，在温变环境下，不同封装材料之间产生应力，应力累积到一定程度会引起不同种类的应变，应力和应变的大小决定了封装结构的温变环境适应性。温度变化会导致封装引线疲劳、断裂，以及芯片粘接层的分层等可靠性问题。封装结构的温变环境适应性与封装材料的物理特性（如热膨胀系数、杨氏模量、泊松比等）有关。

2.3.3 机械环境适应性

集成电路产品在生产、运输、组装及使用环境中，会经历不同种类的机械应力，主要包括冲击、碰撞、振动、跌落、摇摆等。集成电路封装的机械环境适应性通过测试封装结构在这些机械应力下的可靠性来表征。常见的机械环境适应性试验包括机械冲击、随机振动、扫频振动和恒定加速度试验。

典型的机械应力参数包括振动频率、加速度及机械应力施加方向。选取的振动频率与实际应用环境有关，如汽车运输的振动频率以低频为主，而火箭发射经历的振动频率范围较宽，典型的振动频率在20～2000Hz之间。加速度大小可以用来测定封装、内部金属化和键合引线、芯片或基板的焊接，以及微电子器件其他部件的机械强度极限值。机械应力施加方向通常为 X 轴、 Y 轴、 Z 轴三个方向，根据测定的需求选取合适的方向。通过机械环境适应性试验，可以检测出封装的结构和机械类型缺陷，并开展封装结构加固设计和隔振缓冲系统设计。

2.3.4 环境适应性标准要求

集成电路封装环境适应性采用各类环境试验结果来表征，包括温度冲击、高低温、高温高湿、盐雾、机械冲击等环境试验，相关试验标准见表2-16。