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新聞資訊

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質(zhì)量為本· 精益求精

一文理解芯片可靠性測試項目

作者: 發(fā)布日期:2024-06-17

可靠性試驗,是指通過(guò)試驗測定和驗證產(chǎn)品的可靠性。研究在有限的樣本、時(shí)間和使用費用下,找出產(chǎn)品薄弱環(huán)節??煽啃栽囼炇菫榱私?、評價(jià)、分析和提高產(chǎn)品的可靠性而進(jìn)行的各種試驗的總稱(chēng)。

 

為了測定、驗證或提高產(chǎn)品可靠性而進(jìn)行的試驗稱(chēng)為可靠性試驗,它是產(chǎn)品可靠性工作的一個(gè)重要環(huán)節。

 

芯片可靠性測試主要分為環(huán)境試驗和壽命試驗兩個(gè)大項,可靠性測試是確保芯片在實(shí)際應用中能夠穩定運行和長(cháng)期可靠的關(guān)鍵步驟。一般來(lái)說(shuō),可靠度是產(chǎn)品以標準技術(shù)條件下,在特定時(shí)間內展現特定功能的能力,可靠度是量測失效的可能性,失效的比率,以及產(chǎn)品的可修護性。

 

根據產(chǎn)品的技術(shù)規范以及客戶(hù)的要求,我們可以執行MIL-STD、JEDEC、IEC、JESD、AEC、andEIA等不同規范的可靠度的測試。

 

01、HTOL:高溫工作壽命

 

高溫壽命試驗也叫老化測試,是一種常用的芯片可靠性測試方法,通過(guò)將芯片在高溫環(huán)境下長(cháng)時(shí)間運行,以模擬實(shí)際使用中的熱應力和老化過(guò)程。這種測試有助于評估芯片在高溫環(huán)境下的穩定性和長(cháng)期可靠性。

 

在進(jìn)行熱老化測試時(shí),芯片通常被放置在具有恒定高溫的熱槽中,持續運行一段時(shí)間,常見(jiàn)的測試溫度范圍為100°C至150°C。測試期間,芯片的電氣特性、性能和可靠性會(huì )被監測和記錄。

 

通過(guò)熱老化測試,可以檢測到由于熱擴散、結構破壞或材料衰變等原因引起的故障。這些故障可能包括電阻變化、電流漏泄、接觸不好、金屬遷移等。通過(guò)分析測試結果,可以評估芯片在長(cháng)期高溫環(huán)境下的可靠性,并為改進(jìn)設計和制造過(guò)程提供參考。

 

02、LTOL:低溫工作壽命

 

LTOL測試通過(guò)在低溫下對芯片進(jìn)行加速老化測試,以評估芯片在低溫條件下的可靠性和壽命。低溫工作壽命測試可以幫助制造商了解芯片在低溫環(huán)境下的穩定性和可靠性。

 

在一些惡劣環(huán)境下,例如航飛系統、軍事、醫用等領(lǐng)域,芯片需要能夠在很低的溫度下正常工作,因此對于這些應用場(chǎng)景來(lái)說(shuō),低溫工作壽命測試是至關(guān)重要的。

 

03、DT:跌落測試

 

跌落測試用于評估芯片在物理沖擊和振動(dòng)環(huán)境下的穩定性和可靠性。這種測試模擬了實(shí)際使用中可能發(fā)生的跌落或震動(dòng)情況。在跌落測試中,芯片會(huì )被安裝在特制的跌落測試設備上,并進(jìn)行控制的跌落或震動(dòng)操作。測試設備通常會(huì )產(chǎn)生嚴格定義的沖擊或振動(dòng)力度、方向和頻率,以模擬實(shí)際使用中可能遇到的物理應力。

 

通過(guò)跌落測試,可以檢測到由于跌落或震動(dòng)引起的連接斷裂、結構損壞、材料破裂等問(wèn)題。測試期間,芯片的電氣特性、性能和可靠性會(huì )被監測和記錄。分析跌落測試結果可以評估芯片在實(shí)際使用條件下的抗沖擊和抗振動(dòng)能力,并提供改進(jìn)設計和制造過(guò)程的參考。此外,跌落測試還有助于確定芯片在運輸、裝配和實(shí)際使用中的適應性和耐久性。

 

04、BLT:偏壓壽命試驗

 

BLT用于評估MOS FET(金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管)等器件在長(cháng)期偏置和高溫環(huán)境下的穩定性和可靠性。在BLT偏壓壽命試驗中,芯片會(huì )被加以恒定的偏置電壓,并暴露于高溫環(huán)境中。偏置電壓通常是根據具體芯片規格和應用需求進(jìn)行設定的。在持續的高溫和偏置條件下,芯片的特性、性能和可靠性將被監測和記錄。

 

BLT測試的目的是檢測由于偏壓和高溫環(huán)境引起的偏壓老化效應。這些效應可能導致硅介質(zhì)的損失、界面陷阱的形成和能帶彎曲等問(wèn)題。測試結果可以用于評估芯片在長(cháng)期使用和高溫環(huán)境下的可靠性,并為設計和制造過(guò)程的改進(jìn)提供參考。

 

05、BLT-LTST:低溫偏壓壽命試驗

 

BLT-LTST用于評估MOS FET等器件在低溫、長(cháng)期偏置和高壓環(huán)境下的穩定性和可靠性。在BLT-LTST低溫偏壓壽命試驗中,芯片會(huì )被暴露于低溫環(huán)境,并施加恒定的偏置電壓和高壓。低溫條件通常在-40°C至-60°C范圍內設定,具體取決于芯片規格和應用需求。在持續的低溫、偏置和高壓條件下,芯片的特性、性能和可靠性將被監測和記錄。

 

BLT-LTST測試的目的是檢測由于低溫偏壓和高壓環(huán)境引起的可靠性問(wèn)題。這些問(wèn)題可能包括硅介質(zhì)的損失、漏電流增加、接觸不好等。通過(guò)分析測試結果,可以評估芯片在低溫和偏壓環(huán)境下的可靠性,并提供改進(jìn)設計和制造過(guò)程的參考。

 

06、Preconditioning:預處理

 

預處理是指在芯片可靠性測試之前對芯片進(jìn)行一些特定的處理,以達到特定的測試目的。預處理通常包括兩個(gè)步驟:溫度循環(huán)和濕度循環(huán)。

 

溫度循環(huán)通常包括高溫和低溫兩個(gè)限值,用于模擬芯片在實(shí)際應用中遇到的高溫和低溫環(huán)境。濕度循環(huán)則用于模擬芯片在潮濕環(huán)境下的工作情況,從而評估芯片在濕度環(huán)境下的可靠性。

 

07、TCT:溫度循環(huán)

 

溫度循環(huán)測試旨在評估芯片在溫度變化環(huán)境下的穩定性和可靠性。這種測試模擬了實(shí)際使用中由于溫度變化引起的熱應力和材料疲勞。在溫度循環(huán)測試中,芯片會(huì )在不同溫度之間進(jìn)行循環(huán)暴露。通常,測試會(huì )在兩個(gè)或多個(gè)不同的溫度點(diǎn)之間進(jìn)行切換,例如從低溫(如-40°C)到高溫(如125°C)。每個(gè)溫度點(diǎn)的暴露時(shí)間可以根據需要進(jìn)行調整。

 

通過(guò)溫度循環(huán)測試,可以檢測到由于溫度變化引起的結構應力、熱膨脹差異、焊點(diǎn)疲勞等問(wèn)題。這些問(wèn)題可能導致接觸不好、焊連斷裂、金屬疲勞等故障。測試期間,芯片的電氣特性、性能和可靠性會(huì )被監測和記錄。

 

08、EFR/ELFR:早期失效壽命試驗

 

早期失效壽命試驗旨在評估芯片在其使用壽命的早期階段內是否存在任何潛在的故障或失效。這種測試通常在芯片制造過(guò)程中或產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的早期階段進(jìn)行。它涉及加速測試和高度應力環(huán)境下的芯片運行。通過(guò)施加高溫、高電壓、高頻率等條件,使芯片在短時(shí)間內暴露于更嚴苛的環(huán)境,以模擬實(shí)際使用中的應力情況。

 

早期失效壽命試驗的目標是提前發(fā)現潛在的故障和不好,以便進(jìn)行適當的改進(jìn)和調整。通過(guò)分析測試結果,可以確定芯片設計和制造過(guò)程中的弱點(diǎn),并采取相應措施來(lái)提高芯片的可靠性和壽命。

 

08、HTSL:高溫存儲

 

高溫存儲是指在芯片可靠性測試中,通過(guò)將芯片長(cháng)時(shí)間存放在高溫環(huán)境下,來(lái)評估芯片在高溫環(huán)境下的可靠性和壽命。

 

在高溫存儲測試中,芯片通常被置于高溫環(huán)境中(通常為125℃到175℃)存放一段時(shí)間,例如1000小時(shí)或更長(cháng)時(shí)間。這樣的高溫環(huán)境可以加速芯片老化過(guò)程,從而更快地確定芯片在實(shí)際應用中的可靠性和壽命。

 

HTS(也稱(chēng)為“烘烤”或 HTSL)用于確定器件在高溫下的長(cháng)期可靠性。與 HTOL 不同,器件在測試期間不處于運行條件下。

 

09、HAST:高加速溫濕度應力試驗

 

在HAST測試中,芯片被置于一個(gè)高溫高濕的環(huán)境下(通常為85℃和85 百 分之相對濕度),并且在高溫高濕的環(huán)境下施加電壓或電流進(jìn)行加速老化。這種惡劣的環(huán)境可以加速元器件的老化過(guò)程,并導致元器件在較短時(shí)間內失效,從而可以提前發(fā)現元器件的潛在問(wèn)題。

 

HAST測試的優(yōu)點(diǎn)是加速老化速度,因此可以在相對較短的時(shí)間內獲得元器件的可靠性信息。此外,它還可以提供更大的濕度差異,從而更好地模擬實(shí)際應用中的濕度環(huán)境。

 

12、THB:恒溫恒濕偏壓壽命試驗

 

在THB測試中,元器件通常會(huì )被置于一個(gè)高溫高濕的環(huán)境中(通常為85℃和百 分之85相對濕度),并施加一個(gè)恒定的電壓或電流偏壓。測試持續時(shí)間可以根據元器件類(lèi)型和應用來(lái)確定,通常為數百小時(shí)至數千小時(shí)。

 

10、bHAST:溫濕度偏壓高加速應力測試

 

根據 JESD22-A110 標準,THB 和 bHAST 讓器件經(jīng)受高溫高濕條件,同時(shí)處于偏壓之下,其目標是讓器件加速腐蝕。THB 和 bHAST  用途相同,但 bHAST  條件和測試過(guò)程讓可靠性團隊的測試速度比 THB 快得多。

 

11、uHAST:無(wú)偏壓高加速溫濕度應力試驗

 

與傳統的高加速溫濕度應力試驗(HAST)不同,uHAST測試不施加電壓或電流偏壓,只是在高溫高濕的環(huán)境下對樣品進(jìn)行加速老化。

 

通常,uHAST測試的條件是85℃和百 分之85相對濕度,而測試時(shí)間可以根據元器件類(lèi)型和應用來(lái)確定,通常為數百小時(shí)至數千小時(shí)。

 

13、MSL:潮濕敏 感度等級

 

潮濕敏 感度等級是表征電子元器件對潮濕度的敏 感程度的等級。在制造、存儲和運輸過(guò)程中,潮濕度會(huì )對元器件造成損害,如金屬氧化、絕緣降低等。因此,電子元器件的MSL等級被用來(lái)指導元器件的存儲、運輸和焊連等工藝過(guò)程,以確保元器件的可靠性。

 

MSL等級通常用數字來(lái)表示,數字越小表示元器件對潮濕度的敏 感程度越高,需要采取更加嚴格的控制措施。例如,MSL-1表示元器件對潮濕度的敏 感度較低,可以在長(cháng)時(shí)間的恒溫恒濕環(huán)境下存儲;而MSL-6表示元器件對潮濕度的敏 感度較高,須在特定的焊連時(shí)間內焊連,并且不能超過(guò)特定的存儲時(shí)間。

 

14、Latch-up:閂鎖測試

 

閂鎖測試是一種測試芯片在惡劣環(huán)境下是否會(huì )出現意外斷電等異常情況的測試。

 

該測試會(huì )在芯片的電源輸入端加入一個(gè)電壓保護器,然后在芯片正常運行的情況下,用一個(gè)高速開(kāi)關(guān)控制電源輸入端的電源開(kāi)關(guān),模擬突然斷電的情況,從而測試芯片在此情況下的表現和恢復能力。

 

15、ESD:靜電放電

 

靜電荷是靜置時(shí)的非平衡電荷。通常情況下,它是由絕緣體表面相互摩擦或分離產(chǎn)生;一個(gè)表面獲得電子,而另一個(gè)表面失去電子。其結果是稱(chēng)為靜電荷的不平衡的電氣狀況。

 

當靜電荷從一個(gè)表面移到另一個(gè)表面時(shí),它便成為靜電放電 (ESD),并以微型閃電的形式在兩個(gè)表面之間移動(dòng)。

 

當靜電荷移動(dòng)時(shí),就形成了電流,因此可以損害或破壞柵 氧化層、金屬層和結。

 


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