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1、芯片可靠性测试 质量( Quality )和可靠性( Reliability )在一定程度 上可以说是 IC 产品的生命， 好的品质，长久的耐力往往就是一颗优 秀 IC 产品的竞争力所在。在做产品验证 时我们往往会遇到三个问 题， 验证什么，如何去验证， 哪里去验证，这就是 what, how , where 的问题了。解决了这三个问题，质量和可靠性就有了保证，制造商才可以大量 地将产品 推向市场， 客户才可以放心地使用产品。 本文将目前较为 流行的测试方法加以简 单归类和阐述，力求达到抛砖引玉的作用。Quality就是产品性能的测量，它回答了一个产品是否合乎SPEC的 要求，是 否符合各项性
2、能指标的问题； Reliability 则是对产品耐久 力的测量，它回答了一 个产品生命周期有多长，简单说，它能用多久 的问题。所以说 Quality 解决的是 现阶段的问题， Reliability 解决 的是一段时间以后的问题。知道了两者的区别，我们发现， Quality 的问题解决方法往往比较 直接，设计 和制造单位在产品生产出来后， 通过简单的测试， 就可 以知道产品的性能是否达 到 SPEC 的要求，这种测试在 IC 的设计和 制造单位就可以进行。相对而言，Reliability 的问题似乎就变的十分棘手，这个产品能用多久， who knows? 谁会 能保证今天产品能用， 明天就一
3、定能用？为了解决这个 问题， 人们制定了各种各 样的标准，如MIT-STD-883E Method 1005.8JESD22-A108-AEIAJED- 4701-D101等等，这些标准林林总总，方方面面，都是建立在长久以来IC设 计，制造和使 用的经验的基础上，规定了 IC 测试的条件，如温度， 湿度，电压，偏压，测试 方法等，获得标准的测试结果。这些标准的 制定使得 IC 测试变得不再盲目，变 得有章可循，有法可依，从而很 好的解决的what ， how的问题。而Where的问题，由于Reliability 的测试需要专业的设备，专业的器材和较长的时间，这就需 要专业的 测试单位。这种单位
4、提供专业的测试机台， 并且根据国际标准进行测 试， 提供给客户完备的测试报告，并且力求准确的回答 Reliability的问题在简单的介绍一些目前较为流行的 Reliability 的测试方法之前， 我们先来认 识一下 IC 产品的生命周期。典型的 IC 产品的生命周期 可以用一条浴缸曲线 ( Bathtub Curve )来表示，如图所示Region (I) 被称为早夭期( Infancy period )。这个阶段产品的 failure rate 快 速下降，造成失效的原因在于 IC 设计和生产过程中的缺陷； Region (II) 被称为使用期 (Useful life period )
5、。 在这个阶段产品的 failure rate保持稳定，失效的原因往往是随机的，比如EOS，温度变 化等等；Region (III) 被称为磨耗期( Wear-Out period )。在这个阶段 failure rate 会快 速升高，失效的原因就是产品的长期使用所造成的老化 等。认识了典型 IC 产品的生命周期， 我们就可以看到， Reliability 的问题就是要力 图将处于早夭期 failure 的产品去除并估算其良率 预计产品的使用期，并且找 到 failure 的原因，尤其是在 IC 生产 封装，存储等方面出现的问题所造成的失 效原因。下面就是一些 IC Product Leve
6、l reliability test itemsRobustness test itemsESD, Latch-up对于 Robustness test items 听到的 ESD，Latch-up 问题，有很多的 精彩的 说明，这里就不再锦上添花了。下面详细介绍其他的测试方 法。Life test itemsEFR, OLT (HTOL), LTOLEFR: Early fail Rate TestPurpose: 评估工艺的稳定性， 加速缺陷失效率， 去除由于天生原因失效的产 品。Test condition: 在特定时间内动态提升温度和电压对产品进行测试Failure Mechanism
7、s ：材料或工艺的缺陷包括诸如氧化层缺陷，金 属刻镀， 离子玷污等由于生产造成的失效Reference :具体的测试条件和估算结果可参考以下标准MIT-STD-883E Method 1015.9JESD22-A108-AEIAJED- 4701-D101HTOL/ LTOL :High/ Low Temperature Operating LifePurpose: 评估器件在超热和超电压情况下一段时间的耐久力Test condition: 125?C ， 1.1VCC, 动态测试Failure Mechanisms :电子迁移，氧化层破裂，相互扩散，不稳定 性，离子 玷污等Reference
8、 : 简单的标准如下表所示， 125?C 条件下 1000 小时测 试通过 IC 可以保证持续使用 4 年，2000 小时测试持续使用 8 年； 150?C 测试保证使用 8 年， 2000 小时保证使用 28 年。125?C 150?C1000 hrs4 years8 years2000 hrs8 years28 years具体的测试条件和估算结果可参考以下标准MIT-STD-883E Method 1005.8JESD22-A108-AEIAJED- 4701-D101Environmental test itemsPRE-CON, THB, HAST, PCT, TCT, TST, HT
9、ST, Solderability Test, SolderHeat TestPRE-CON: Precondition TestPurpose: 模拟 IC 在使用之前在一定湿度，温度条件下存储的耐久 力，也就 是 IC 从生产到使用之间存储的可靠性。Test Flow:Step 1: SAM (Scanning Acoustic Microscopy)Step 2: Temperature cycling- 40?C(or lower) 60?C(or higher) for 5 cycles to simulateshipping conditionsStep 3: BakingAt m
10、inimum 125?C for 24 hours to remove all moisture from the packageStep 4: SoakingUsing one of following soak conditions1: 85?C /-Level hrs-Level hrs-Level hrs85%RHfor168（多久都没关系）1: 85?C /1: 30?C /60%RH60%RHforfor168192（一年左右）（一周左右）Step5: Reflow240?C (- 5?C) / 225?C (-5?C) for3 times (Pb-Sn)245?C (- 5?C
11、) / 250?C (-5?C) for 3times (Lead-free)* choose according the package sizeFailure Mechanisms:封装破裂，分层Reference ：具体的测试条件和估算结果可参考以下标准JESD22-A113-DEIAJED- 4701-B101THB: Temperature Humidity Bias TestPurpose: 评估 IC 产品在高温，高压，偏压条件下对湿气的抵抗能 力，加速 其失效进程Test condition: 85?C ， 85%RH, 1.1 VCC, Static biasFailure
12、Mechanisms ：电解腐蚀Reference ：具体的测试条件和估算结果可参考以下标准 JESD22-A101-DEIAJED- 4701-D122HAST: Highly Accelerated Stress TestPurpose: 评估 IC 产品在偏压下高温，高湿，高气压条件下对湿度 的抵抗能 力，加速其失效过程Test condition: 130?C ， 85%RH, 1.1 VCC, Static bias ，2.3 atm Failure Mechanisms ：电离腐蚀，封装密封性Reference ：具体的测试条件和估算结果可参考以下标准 JESD22-A110PCT
13、: Pressure Cook Test (Autoclave Test)Purpose: 评估 IC 产品在高温，高湿，高气压条件下对湿度的抵抗 能力，加 速其失效过程Test condition: 130?C ， 85%RH, Static bias ， 15PSIG(2 atm ) Failure Mechanisms ：化学金属腐蚀，封装密封性Reference ：具体的测试条件和估算结果可参考以下标准JESD22-A102EIAJED- 4701-B123HAST与THB的区别在于温度更高，并且考虑到压力因素，实验时间 可以缩短，而PCT则不加偏压，但湿度增大TCT: Tempera
14、ture Cycling TestPurpose:评估IC产品中具有不同热膨胀系数的金属之间的界面的接触良 率。方法是通过循环流动的空气从高温到低温重复变化。Test condition: Condition B: - 55?C to 125?CCondition C: - 65?C to 150?CFailure Mechanisms ：电介质的断裂，导体和绝缘体的断裂，不同界 面的分 层Reference ：具体的测试条件和估算结果可参考以下标准MIT-STD-883E Method 1010.7JESD22-A104-AEIAJED- 4701-B-131TST: Thermal Sho
15、ck TestPurpose:评估IC产品中具有不同热膨胀系数的金属之间的界面的接触良 率。方法是通过循环流动的液体从高温到低温重复变化。Test condition: Condition B: - 55?C to 125?CCondition C: - 65?C to 150?CFailure Mechanisms ：电介质的断裂，材料的老化（如 bond wires）, 导体 机 械变形Reference ：具体的测试条件和估算结果可参考以下标准MIT-STD-883E Method 1011.9JESD22-B106EIAJED- 4701-B-141* TCT与TST的区别在于TCT偏重于package的测试，而TST偏重于晶 园的测 试HTST: High Temperature Storage Life TestPurpose:评估IC产品在实际使用之前在高温条件下保持几年不工 作条件 下的生命时间。Test condition: 150?CFailure Mechanisms ：化学和扩散效应， Au-Al 共金效应 Reference ：具体的测试条件和估算结果可参考以下标准MIT-STD-883E Method 1008
