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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 否符合各项性能指标的问题；Reliability
2、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
3、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Reliabi
4、lity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)。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-O
5、ut 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 Level reliability test items Robust ness test itemsESD, Latch-up对于 Robustness test items 听到的 ESD， La
6、tch-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 Mechanisms：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Refere nee :具体的测试条件和估算结果可参考以下标准MIT-STD-883E Method 1015.9
7、 JESD22-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Referenee：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?C150?
8、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, HTST, Solderability Test,Solder Heat 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
9、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 simulate shipping conditionsStep 3: BakingAt minimum 125?C for 24 hours to remove all moisture from the packageStep 4: SoakingUsing one of following soak conditions
10、-Level 1: 85?C / 85%RH for 168 hrs (多久都没关系)-Level 1: 85?C / 60%RH for 168 hrs (一年左右)-Level 1: 30?C / 60%RH for 192 hrs (一周左右)Step5: Reflow240?C (- 5?C) / 225?C (-5?C) for 3 times (Pb-Sn)245?C (- 5?C) / 250?C (-5?C) for 3 times (Lead-free)* choose according the package sizeFailure Mechanisms: 封装破裂，分层
11、Refere nee :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 Mechanisms：电解腐蚀Refere nee：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 Stre
12、ss 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 atmFailure Mecha nisms :电离腐蚀，封装密封性Refere nee :具体的测试条件和估算结果可参考以下标准JESD22-A110PCT: 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 ，
13、 85%RH, Static bias， 15PSIG(2 atm)Failure Mechanisms：化学金属腐蚀，封装密封性Refere nee :具体的测试条件和估算结果可参考以下标准JESD22-A102EIAJED- 4701-B123*HAST 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: Temperature 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
14、 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Refere nee：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 Shock 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
15、 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Refere nee：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-AI共金效应Refere nee：具体的测试条件和估算结果可参考以下标准MIT-STD-883E Method 1008.2JESD22-A103-AEIAJED- 4701-B111Solderability TestPurpose: 评估 IC leads 在粘锡过程中的可考度Test Method: 1. 蒸汽老化 8 小时2. 侵入 245?C 锡盆中 5 秒Failure Cr
