電子設備在提高功能和性能的同時也向小型化、輕量化迅速發展。這就要求在盡量縮短產品開發時間的同時，必須確保產品的可靠性及安全性。為了達到這個目的，就必須要更有效、更正確地實施環境試驗。愛斯佩克公司為了滿足這些要求，將環境試驗與電氣特性測試相結合，設計開發了能夠通過在環境試驗條件下對試樣特性連續測試，實時把握試料特性和判定異常狀況的各種自動測試系統。在此對自動測試系統的有效性及其部分構成作以下介紹。
　　 1. 前言

　　為使電子設備小型輕量，電子行業正致力于半導體IC封裝件及電子零部件的微型化。同時，在封裝領域也在開發能夠使高密度封裝成為可能的合成電路板，研究針對封裝件的連接方法和結合材料。再者為提高產品市場競爭力，不僅在性能、成本上，而且還必須考慮環境保護以及現代社會各種限制因素，諸如要采用無鉛焊接技術、遵守焊劑VOCS(Volatile Organnic Compounds)規定、開發環保型印刷電路板等。于是開發課題增多，既要縮短開發時間，又要確保產品可靠性就變得越來越重要了。在這種情況下，勢必需要使用對可靠性及安全性能夠作出高效、準確的測試手段。

　　本公司在開發研制自動測試系統時，將其與通常用在性能確認和可靠性評價的環境試驗裝置相組合，實現了在進行環境試驗的同時，又能夠連續自動測試試樣電氣特性；通過對實時數據的抽樣，發現其中的故障及不良狀況。下面將論述在試驗環境中連續自動測試試樣的電氣特性的有效性，并結合具體實例介紹這一測試系統。

　　2.測試評價的最新要求

　　為縮短開發時間，確保這些高性能且復雜化產品的可靠性，就必須考慮比現在更有效且更準確的評價方法。如圖(略)所示。

　　2-1如何進行省力高效的試驗評價

　　為了高效率地進行評價工作，首先應縮短測試評價所需的時間。其次是縮短試驗作業工序所需的時間，以及通過重新審視評價的判定方法以縮短試驗時間。例如在壽命試驗的情況下，最普通的評價方法是根據每隔一定時間所測定的數據，來判斷故障情況以及試樣間的優劣狀況。這時，用于判斷的試驗數據的測試間隔越短，對壽命以及異常的判斷也就越快，同時試驗時間也能縮短。而且這時若能夠做加速壽命試驗，那么試驗時間的短縮效果就更明顯了。在后面，我們將對試驗作業工序的省力化，通過連續測試而得來的數據進行評價的效率化，以及縮短試驗時間的方法做出說明。

　　2-2何謂更準確的故障評價

　　隨著產品性能提高和密度加強，使得在此之前不被認為是問題的事項，或者產品特性的微小變化都成了故障的原因，因此有必要進一步提高評價的準確度。另外，為了更準確地進行評價，還應精確地捕捉試驗中所發生的故障現象，增加解析工作所需的信息量。

　　有一類故障的發生，不在一個特定環境下不會發生，或不在這種特定環境中這種故障不會輕易地被測試出來，或是故障的再現性很差（即很難預測到它何時會發生）。例如，由于離子遷移而造成的絕緣劣化、以及熱膨脹系數的差異而引起接觸不良、開合現象。為了準確把握這時發生的阻抗值變化，就必須選擇在這個試驗環境中符合其故障模式的測試方法，而且還必須能對試樣特性連續地進行測定。

　　為了明確故障的發生原因，更正確的對產品壽命進行預測，必須對故障發生的事實以及時間做正確的測試。另外還要求解析工作所需數據，必須是在試樣的特性變化同溫度及濕度等環境條件之間有比較性的數據。如果要考慮分布偏差的特性，就應確保可供統計判斷的數據量。因為同樣花費相同的時間進行試驗，為了更準確的得到評價結果，解析所用到的信息量當然是多多益善。

　　3.自動測試系統

　　本公司的自動測試系統開發的基本思路如圖2所示。自動測試系統是能夠將環境試驗與電氣測試相結合，并在環境試驗中對電子零部件及設備的電氣特性進行實時測試、數據處理的系統。其硬件和軟件有能力在環境試驗條件下，正確的捕捉評價所需數據和故障模式特有的特性變化。而環境試驗裝置的控制、試驗管理、數據處理，均由計算機自動實施。

　　自動測試系統的離子遷移評價系統、絕緣電阻評價系統以及漏電電流評價系統、瞬間開合評價系統等已商品化（圖3略）。

　　4.連續自動測試的有效性

　　下面以離子遷移評價、焊點連接可靠性評價以及瞬間開合評價為例，介紹一下在試驗環境下連續測試的有效性以及實現這一有效性的自動測試系統。

　　 4-1離子遷移評價
　　 4-1-1離子遷移與評價的重要性
　　 離子遷移是指在印刷電路板等產品上，由于離子化金屬向相反電極移動，在相對電極還原成原來的金屬并有析出的現象。
　　 此現象的發生是由于在電極間存在電場和絕緣間隙部存在水分的緣故。實際上多數由于電路板上雜質影響而在正級一側析出的。照片1是用水滴法進行試驗產生離子遷移的照片。離子遷移非常脆弱，在通電瞬間產生的電流會使離子遷移本身溶斷消失。
　　 過去，這本就是眾所周知的現象。最近因為在組合電路板、BGA(Ball Grid Array)等IC封裝件里面的配線，均已向高密度發展，加上它們之間電場強度增加、絕緣距離縮短，殘留焊劑及在新材料中包含的雜質，還有電子設備便攜化容易受吸濕影響，更容易發生離子遷移。而且發生離子遷移后很短時間內就會產生故障，因此針對這個現象的評價就變得極其重要了。

　　4-1-2離子遷移評價中連續自動測試的有效性
　　 離子遷移評價以前通常使用梳型電路板為試料，高溫高濕環境下在梳型電極之間施加電壓信號進行試驗。電極間絕緣電阻的測試則是在每一個規定時間內從高溫高濕槽中取出試料在室溫環境下進行。但是正像前面介紹的那樣，可以想象采用這種評價方法在實際測定時，離子遷移現象已經消失并恢復到高絕緣狀態。因此盡管發生異常，也會存在誤認為沒有異常的危險。而且大量試料的絕緣電阻都是由人工測定，處理這些數據本身就是一項既費時、效率又低的工作。為解決這些問題，就需要在高溫高濕環境下一邊在電極間施加電壓應力，一邊連續的自動測試因離子遷移而在瞬間發生絕緣劣化和絕緣阻值變化，只有這樣才是有效的。圖4顯示的是在高溫高濕環境下連續測試焊劑的絕緣電阻而確認到的劣化特性一例。
　　 從此例我們可了解到，如果在高溫高濕狀態下連續測試絕緣電阻，則可以準確獲得因離子遷移導致的絕緣劣化特性和發生故障的時間。而且還可以從電阻值的變化上知道試驗開始初期階段以來的試料間所產生的差異、以及到發生故障時電阻值發生了紊亂等信息。

　　4-1-3離子遷移評價
　　 在離子遷移評價中，應具備在試驗環境下高速測試出絕緣劣化的測試功能和正確測試絕緣電阻變化的功能。而且還能夠和環境試驗設備實現同步控制，采集絕緣電阻值、試驗環境（溫濕度等）等相關數據并自動生成圖表。同時通過LAN進行遠程處理。

　　以下具體介紹一下離子遷移評價。

　　使用本系統可正確測定1013Ω級的絕緣電阻，同時通過高速漏電檢知功能可測試出離子遷移發生時，在極短的瞬間內絕緣電阻發生的變化。

　　在標準配置下，可以通過掃描儀的切換來同時測定25個試料。為保證獲得穩定的高電阻信號，采用了專測高電阻的掃描儀。此外還配備施加應力電壓的電源和環境試驗裝置連動用的轉換器、高絕緣電阻測定專用電纜、中轉裝置以及控制用電腦等試驗所必需的裝置。系統構成見圖5，主要規格見表1。
在離子遷移評價系統中，還有與表1所示規格不同、通用性較強的AEI系列。

　　4-2焊接接點可靠性評價

　　4-2-1焊接接點可靠性評價的必要性

　　因組合電路板及BGA、CSP(Chip Size Package)等陣列型IC封裝件的出現，封裝密度的飛躍發展，產品急速小型、輕量化。

　　但BGA、CSP是通過焊在封裝件背面的焊錫球與電路板直接連接的，封裝件與電路板熱膨脹系數存在差異導致應力不能分散、緩解，因而多集中在焊錫連接處。其結果自然是在焊錫連接處出現開合，造成連接可靠性降低。此外，隨著電子設備小型化，易受到設備內部產生的熱影響，設備動作時/非動作時的溫差擴大，因熱膨脹系數差而產生應力。另一方面，因封裝件小型化，連接處微細化，連接處強度降低等等，要評價連接可靠性的重要性就愈加強烈了。

　　4-2-2焊接接點可靠性評價中連續自動測試的有效性

　　焊接接點可靠性評價是為了評價各組成材料的熱膨脹系數差異而產生的應力影響。從前的做法是以溫度循環作為環境條件來進行試驗。連接狀態的評價采取在規定的每個循環中（如做1000個高低溫溫度循環試驗，每100、250、500、750循環）從試驗槽拿出試料，在室溫下測試連接處電阻值與初期值作比較，或者以目測的方法來確認。但用此方法，在進行溫度循環試驗的環境下（特別是在高溫放置時）即便在連接處發生開合，恢復室溫后斷裂面則又呈通電狀態，電阻值不出現變化。所以即使已經發生開合，但在室溫狀態下對電阻進行的測試也是難以正確捕捉到此現象的。此外，BGA、CSP連接處因是在封裝件的背面，而且更多的是連接處被樹脂包覆，靠目視觀察十分困難。

　　為解決這一問題，要是能夠在溫度循環試驗下連續獲得連接處的電阻值變化，將這些電阻值增加現象作為焊點斷裂產生的相應特性進行評價，將是極為有效的手段。這一方法與傳統方法比較，可更準確（故障發生的檢知）、更有效地（在最合適的試驗時間）進行故障評價。

　　樣品B均無顯著變化。但我們看到樣品B在第307循環附近的高溫區域，連續測定電阻值發生了kΩ級的變化。用這種方法來評價的話，能夠準確獲取故障發生的事實及時間（循環數）。同時，通過觀察試驗過程，從故障發生時的特性變化能夠直接判斷試樣間的優劣情況，由于能夠在故障發生的瞬間進行判別，體現了縮短試驗時間的效果。

　　4-2-3 印刷電路板·焊接導體阻抗評價系統

　　下面以具體實例來介紹印刷電路板·焊接導體阻抗評價系統（照片3）。此系統是與冷熱沖擊裝置等組合使用，具有對曝露于試驗環境下試樣導電電阻的自動測試功能、阻抗變化數據自動生成圖表及異常自動判定功能。

　　4-3瞬間斷線評價系統
　　 4-3-1 瞬間斷線評價的必要性
　　 伴隨電子設備的高性能化，從前不被認為是問題的現象，或者產品特性的微小變化都會引起故障。引起這些故障的要因之一就是瞬間斷線（瞬間回路接點連接或斷開）。

　　對于這種瞬間斷線的評價，以前主要是針對處于劇烈振動環境中的車用電子設備上使用的連接器、繼電器等連接部件為主進行的。可是最近由于一般電子設備也因為其便攜化而變得易受振動，另外在追求更高性能時為防止瞬間信號中斷引起致命誤動作，所以對瞬間斷線進行評價的要求日增。

　　4-3-2 瞬間斷線評價的問題點

　　瞬間斷線評價一般來說就是對試樣施加振動，測定該時間點接點或連接部分是否發生瞬間斷線現象。
通常故障判定是指以「1μsec 以上的瞬間斷線不發生」為條件進行試驗。如圖8，如果是連接器的話，瞬間斷線測定方法就是在連接器處于連接狀態時，將電流通過接點部分，用示波器或記憶記錄器功能檢出接點部分在極短時間內所發生的電壓上升的一種方法。

　　但是用這種方法對復數試樣進行試驗時，需要相同數目的記錄儀。從成本來說，同時進行試驗的試樣數有限也是一個問題，而且現狀是不能連續測定瞬間斷線發生狀況以及不知瞬間斷線發生時與振動有何相互關聯，使得試驗不能得到足夠對評價有用的信息。

　　4-3-3瞬間斷線評價系統

　　瞬間斷線評價系統是一種能在振動試驗或冷熱沖擊試驗環境下、可對復數試樣連續測定發生瞬間斷線次數和當時瞬間斷線時間及振動頻率、加速度、溫度，并把數據記錄下來的系統（照片4）。

　　4-3-4瞬間斷線評價系統中自動連續評價事例

　　下面介紹一下使用瞬間斷線評價系統連續測試繼電器接點的瞬間斷線發生事例。
　　 為確認繼電器焊接點因振動發生瞬間斷線的情況，我們把瞬間斷線評價系統的測試電纜接到了繼電器接點上作振動試驗。結果如圖10所示，在10Hz~100Hz的1次掃描發生了57次瞬間斷線。而且瞬間斷線時間最大3.4μsec。（測定條件 ①施加電流：1mA ；②瞬間斷線測試電壓：0.5V ；③瞬間斷線時間：測試500nsec以上的瞬間斷線；④振動條件：參照圖11振動試驗條件。但目的是要發生瞬間斷線，所以振動條件比通常的評價試驗要嚴酷。）

　　如此若能連續測試瞬間斷線的發生次數以及瞬間斷線時間，則更容易了解各連續時間點與相對試驗環境的特性。而且使用在瞬間斷線發生試驗條件（振動頻率、掃描次數、溫度等）同步數據記錄功能，可得到對評價更有效的信息。因為系統可同時對多個試樣作試驗，所以可比以往更簡單地判別試樣間的偏差以及產品的優劣，能更準確、高效地實施試驗評價。

　　此外，此系統也可用于在溫度循環試驗條件下，對因各種連接器或連接零部件的熱膨脹系數差而導致在極短時間內所發生的開路現象的評價。

　　5.結束語

　　通過將環境試驗與測試、數據處理相組合而集成的自動化系統可大大提高評價效率。而且還可通過在試驗環境下連續測得的數據，捕捉到至今未知的現象，并可期待它能夠得到更準確的評價結果。我們確信在今后的評價過程中它將會成為非常有效的測試工具。

　　[術語說明]
　　 1、 VOCS（揮發性有機化合物）規制
　　 VOCS (Volatile Organnic Compounds)是指低沸點有機化合物與NOX共存，在紫外線的作用下生成光化學氧化劑、PAN (Peroxyacetylnitrate)等化合物。這些物質會給人體及植物帶來惡性影響，在歐美正準備立法削減VOCS。
　　 2、 BGA(Ball Grid Array)
　　 可高密度插裝的IC封裝件。這種表面貼裝型封裝件的背面有和電路板連接的端子，在格珊上排列有球狀焊點。
　　 3、 CSP(Chip Size Package)
　　 可高密度插裝的IC封裝件。與半導體插孔大小一樣或同等、BGA結構的表面貼裝型封裝件。