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IC产品的质量与可靠性测试

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浏览:- 发布日期:2018-10-17 17:05:29【

质量(Quality)和可靠性(Reliability)在一定程度上可以说是IC产品的生命。质量(Quality)就是产品性能的测量,它回答了一个产品是否合乎规格(SPEC)的要求,是否符合各项性能指标的问题;可靠性(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。所以说质量(Quality)解决的是现阶段的问题,可靠性(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。一般情况下,设计和制造单位会直接选用IC测试座测试治具来进行质量测试。

而相对而言,可靠性测试的问题就变的十分棘手,这个产品能用多久,谁会能保证今天产品能用,明天就一定能用?

可靠性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产品可靠性等级测试项目

一、使用寿命测试项目(Life test items): 

①EFR: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,去除由于天生原因失效的产品。 

测试条件: 在特定时间内动态提升温度和电压对产品进行测试 

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。

②HTOL/ 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情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,氧化层破裂,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可以保证持续使用4年,2000小时测试持续使用8年;

150℃ 1000小时测试通过保证使用8年,2000小时保证使用28年。 


二、环境测试项目

①PRE-CON:预处理测试( Precondition Test

目的: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。 

②THB: 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抵抗能力,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 


③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抵抗能力,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 


④PCT: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抵抗能力,加速其失效过程。

测试条件:130℃, 85%RH, Static bias,15PSIG(2 atm) 

失效机制:化学金属腐蚀,封装密封性 


⑤TCT: 高低温循环试验(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。方法是通过循环流动的空气从高温到低温重复变化。 

测试条件:

Condition B:-55℃ to 125℃ 

Condition C: -65℃ to 150℃ 

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 


⑥TST: 高低温冲击试验(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。方法是通过循环流动的液体从高温到低温重复变化。

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 


⑦HTST: 高温储存试验(High Temperature Storage Life Test

目的: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。 

测试条件:150℃ 

失效机制:化学和扩散效应,Au-Al 共金效应


⑧可焊性试验(Solderability Test

目的:评估IC leads在粘锡过程中的可靠度 

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 


⑨SHT 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):根据电测试结果 

三、耐久性测试项目(Endurancetest items

①周期耐久性测试(EnduranceCycling Test

目的:评估非挥发性memory器件在多次读写算后的持久性能

测试方法:将数据写入memory的存储单元,在擦除数据,重复这个过程多次

测试条件:室温,或者更高,每个数据的读写次数达到100k~1000k

具体的测试条件和估算结果可参考以下标准:MIT-STD-883E Method 1033

②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 

测试方法:在高温条件下将数据写入memory存储单元后,多次读取验证单元中的数据 

测试条件:150℃ 


在了解上述的IC测试方法之后,IC的设计制造商就需要根据不用IC产品的性能,用途以及需要测试的目的,选择合适的测试方法,最大限度的降低IC测试的时间和成本,从而有效控制IC产品的质量和可靠度。


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