IC产品的质量与可靠性测试

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1、细心整理IC产品的质量及牢靠性测试(IC Quality & Reliability Test ) 质量Quality和牢靠性Reliability在必需程度上可以说是IC产品的生命，好的品质，漫长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，质量和牢靠性就有了保证，制造商才可以大量地将产品推向市场，客户才可以放心地运用产品。现将目前较为流行的测试方法加以简洁归类和阐述，力求到达抛砖引玉的作用。 质量Quality 就是产品性能的测量，它答复了一个产品是

2、否符合规格SPEC的要求，是否符合各项性能指标的问题；牢靠性Reliability那么是对产品耐久力的测量，它答复了一个产品生命周期有多长，简洁说，它能用多久的问题。所以说质量Quality解决的是现阶段的问题，牢靠性Reliability解决的是一段时间以后的问题。知道了两者的区分，我们发觉，Quality的问题解决方法往往比拟干脆，设计和制造单位在产品生产出来后，通过简洁的测试，就可以知道产品的性能是否到达SPEC 的要求，这种测试在IC的设计和制造单位就可以进展。相对而言，Reliability的问题似乎就变的特别麻烦，这个产品能用多久，who knows? 谁会能保证今日产品能用，明天

3、就必需能用？为了解决这个问题，人们制定了各种各样的标准，如 JESD22-A108-A EIAJED- 4701-D101 注：JEDECJoint Electron Device Engineering Council电子设备工程联合委员会,，著名国际电子行业标准化组织之一。EIAJED：日本电子工业协会，著名国际电子行业标准化组织之一。等等，这些标准林林总总，方方面面，都是建立在漫长以来IC设计，制造和运用的经验的根底上，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，

4、how的问题。而Where的问题，由于Reliability的测试须要专业的设备，专业的器材和较长的时间，这就须要专业的测试单位。这种单位供应专业的测试机台，并且依据国际标准进展测试，供应应客户完备的测试报告，并且力求精确的答复Reliability的问题.在简洁的介绍一些目前较为流行的Reliability的测试方法之前，我们先来相识一下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。 Region (I) 被称为早夭期Infancy period 这个阶段产品的 failure rate 快速下降，造成失效的缘由在于IC设计和生产过程中的缺陷

5、；Region (II) 被称为运用期Useful life period在这个阶段产品的failure rate保持稳定，失效的缘由往往是随机的，比方温度变更等等；u Region (III) 被称为磨耗期Wear-Out period 在这个阶段failure rate 会快速提升，失效的缘由就是产品的长期运用所造成的老化等。 相识了典型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，预料产品的运用期，并且找到failure的缘由，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缘由。 下面就是一些 IC产

6、品牢靠性等级测试工程IC Product Level reliability test items 一、运用寿命测试工程Life test items：EFR, OLT (HTOL), LTOL EFR:早期失效等级测试 Early fail Rate Test 目的: 评估工艺的稳定性，加速缺陷失效率，去除由于天生缘由失效的产品。 测试条件: 在特定时间内动态提升温度和电压对产品进展测试 失效机制：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。具体的测试条件和估算结果可参考以下标准：JESD22-A108-A EIAJED- 4701-D101 HTOL/

7、LTOL：高/低温操作生命期试验High/ Low Temperature Operating Life 目的: 评估器件在超热和超电压状况下一段时间的耐久力 测试条件: 125，1.1VCC, 动态测试 失效机制：电子迁移，氧化层裂开，相互扩散，不稳定性，离子玷污等 参考标准： 125条件下1000小时测试通过IC可以保证持续运用4年，2000小时测试持续运用8年；150 1000小时测试通过保证运用8年，2000小时保证运用28年。 具体的测试条件和估算结果可参考以下标准 MIT-STD-883E Method 1005.8 JESD22-A108-A EIAJED- 4701-D101

8、二、环境测试工程Environmental test items PRE-CON, THB, HAST, PCT, TCT, TST, HTST, Solderability Test, Solder Heat Test PRE-CON:预处理测试 Precondition Test 目的: 模拟IC在运用之前在必需湿度，温度条件下存储的耐久力，也就是IC从生产到运用之间存储的牢靠性。 测试流程Test Flow: Step 1:超声扫描仪 SAM (Scanning Acoustic Microscopy) Step 2: 凹凸温循环Temperature cycling -40(or lo

9、wer) 60(or higher) for 5 cycles to simulate shipping conditions Step 3:烘烤 Baking At minimum 125 for 24 hours to remove all moisture from the package Step 4: 浸泡Soaking Using one of following soak conditions -Level 1: 85 / 85%RH for 168 hrs 储运时间多久都没关系 -Level 2: 85 / 60%RH for 168 hrs 储运时间一年左右 -Level 3

10、: 30 / 60%RH for 192 hrs 储运时间一周左右 Step5: Reflow 回流焊240 (- 5) / 225 (-5) for 3 times (Pb-Sn) 245 (- 5) / 250 (-5) for 3 times (Lead-free) * choose according the package size Step6：超声扫描仪 SAM (Scanning Acoustic Microscopy) 红色和黄色区域显示BGA在回流工艺中由于湿度缘由而过度膨胀所导致的分层/裂纹。失效机制: 封装裂开，分层 具体的测试条件和估算结果可参考以下标准 JESD22-

11、A113-D EIAJED- 4701-B101评估结果：八种耐潮湿分级和车间寿命(floor life)请参阅 J-STD-020。 1 级 - 小于或等于30C/85% RH 无限车间寿命 2 级 - 小于或等于30C/60% RH 一年车间寿命 2a 级 - 小于或等于30C/60% RH 四周车间寿命 3 级 - 小于或等于30C/60% RH 168小时车间寿命 4 级 - 小于或等于30C/60% RH 72小时车间寿命 5 级 - 小于或等于30C/60% RH 48小时车间寿命 5a 级 - 小于或等于30C/60% RH 24小时车间寿命 6 级 - 小于或等于30C/60%

12、 RH 72小时车间寿命 (对于6级，元件运用之前必需经过烘焙，并且必需在潮湿敏感留意标贴上所规定的时间限定内回流。)提示：湿度总是困扰在电子系统背后的一个难题。不管是在空气流通的热带区域中，还是在潮湿的区域中运输，潮湿都是显著增加电子工业开支的缘由。由于潮湿敏感性元件运用的增加，诸如薄的密间距元件(fine-pitch device)和球栅阵列(BGA, ball grid array)，使得对这个失效机制的关注也增加了。基于此缘由，电子制造商们必需为预防潜在灾难支付昂扬的开支。吸取到内部的潮气是半导体封装最大的问题。当其固定到PCB板上时，回流焊快速加热将在内部形成压力。这种高速膨胀，取决

13、于不同封装构造材料的热膨胀系数CTE速率不同，可能产生封装所不能承受的压力。当元件暴露在回流焊接期间提升的温度环境下，陷于塑料的外表贴装元件(SMD, surface mount device)内部的潮湿会产生足够的蒸汽压力损伤或毁坏元件。常见的失效模式包括塑料从芯片或引脚框上的内局部别(脱层)、金线焊接损伤、芯片损伤、和不会延长到元件外表的内部裂纹等。在一些极端的状况中，裂纹会延长到元件的外表；最紧要的状况就是元件鼓胀和爆裂(叫做“爆米花”效益)。尽管此时此刻，进展回流焊操作时，在180 200时少量的湿度是可以承受的。然而，在230 260的范围中的无铅工艺里，任何湿度的存在都能够形成足够

14、导致破坏封装的小爆炸爆米花状或材料分层。必需进展明智的封装材料选择、细致限制的组装环境和在运输中接受密封包装及放置枯燥剂等措施。事实上国外常常运用装备有射频标签的湿度跟踪系统、局部限制单元和专用软件来显示封装、测试流水线、运输/操作及组装操作中的湿度限制。THB: 加速式温湿度及偏压测试Temperature Humidity Bias Test 目的: 评估IC产品在高温，高湿，偏压条件下对湿气的抗拒实力，加速其失效进程 测试条件: 85，85%RH, 1.1 VCC, Static bias 失效机制：电解腐蚀 具体的测试条件和估算结果可参考以下标准 JESD22-A101-D EIAJE

15、D- 4701-D122 高加速温湿度及偏压测试HAST: Highly Accelerated Stress Test 目的: 评估IC产品在偏压下高温，高湿，高气压条件下对湿度的抗拒实力，加速其失效过程 测试条件: 130， 85%RH, 1.1 VCC, Static bias，2.3 atm 失效机制：电离腐蚀，封装密封性 具体的测试条件和估算结果可参考以下标准 JESD22-A110 PCT:高压蒸煮试验 Pressure Cook Test (Autoclave Test) 目的: 评估IC产品在高温，高湿，高气压条件下对湿度的抗拒实力，加速其失效过程 测试条件: 130， 85%

16、RH, Static bias，15PSIG2 atm 失效机制：化学金属腐蚀，封装密封性 具体的测试条件和估算结果可参考以下标准 JESD22-A102 EIAJED- 4701-B123 *HAST及THB的区分在于温度更高，并且考虑到压力因素，试验时间可以缩短，而PCT那么不加偏压，但湿度增大。 TCT: 凹凸温循环试验Temperature Cycling Test 目的: 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。方法是通过循环流淌的空气从高温到低温重复变更。 测试条件: Condition B:-55 to 125 Condition C: -65 to 150

17、失效机制：电介质的断裂，导体和绝缘体的断裂，不同界面的分层 具体的测试条件和估算结果可参考以下标准 MIT-STD-883E Method 1010.7 JESD22-A104-A EIAJED- 4701-B-131 TST: 凹凸温冲击试验Thermal Shock Test 目的: 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。方法是通过循环流淌的液体从高温到低温重复变更。测试条件: Condition B: - 55 to 125 Condition C: - 65 to 150 失效机制：电介质的断裂，材料的老化如bond wires, 导体机械变形 具体的测试条件和估

18、算结果可参考以下标准： MIT-STD-883E Method 1011.9 JESD22-B106 EIAJED- 4701-B-141 * TCT及TST的区分在于TCT偏重于package 的测试，而TST偏重于晶园的测试 HTST: 高温储存试验High Temperature Storage Life Test 目的: 评估IC产品在实际运用之前在高温条件下保持几年不工作条件下的生命时间。 测试条件: 150 失效机制：化学和扩散效应，Au-Al 共金效应 具体的测试条件和估算结果可参考以下标准 MIT-STD-883E Method 1008.2 JESD22-A103-A EIA

19、JED- 4701-B111 可焊性试验Solderability Test 目的: 评估IC leads在粘锡过程中的牢靠度 测试方法: Step1：蒸汽老化8 小时 Step2：浸入245锡盆中 5秒 失效标准Failure Criterion：至少95良率 具体的测试条件和估算结果可参考以下标准 MIT-STD-883E Method 2003.7 JESD22-B102 SHT Test:焊接热量耐久测试 Solder Heat Resistivity Test 目的: 评估IC 对瞬间高温的敏感度 测试方法: 侵入260 锡盆中10秒 失效标准Failure Criterion：依据

20、电测试结果 具体的测试条件和估算结果可参考以下标准 MIT-STD-883E Method 2003.7 EIAJED- 4701-B106 三、耐久性测试工程Endurance test items Endurance cycling test, Data retention test 周期耐久性测试Endurance Cycling Test 目的: 评估非挥发性memory器件在屡次读写算后的许久性能 Test Method: 将数据写入memory的存储单元，在擦除数据，重复这个过程屡次 测试条件: 室温，或者更高，每个数据的读写次数到达100k1000k 具体的测试条件和估算结果可参

21、考以下标准 MIT-STD-883E Method 1033 数据保持力测试Data Retention Test目的: 在重复读写之后加速非挥发性memory器件存储节点的电荷损失 测试条件: 在高温条件下将数据写入memory存储单元后，屡次读取验证单元中的数据 失效机制：150 具体的测试条件和估算结果可参考以下标准： MIT-STD-883E Method 1008.2 MIT-STD-883E Method 1033 在了解上述的IC测试方法之后，IC的设计制造商就须要依据不用IC产品的性能，用途以及须要测试的目的，选择相宜的测试方法，最大限度的降低IC测试的时间和本钱，从而有效限制IC产品的质量和牢靠度。