芯片可靠性测试19-57-51-937.docx

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 z where 的问题了解决了这三个问题，质量和可鼎性就有了保证，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U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 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，山于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Reliability的问题在简单的介绍一些LI询较为流行的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・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 Level reliability test items• > Robustness 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 TestPu中ose:评估工艺的稳定性，加速缺陷失效率，去除山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Reference：具体的测试条件和佔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 LifePu中ose: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： 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；1507C测试保证使用 8年，2000小时保证使用28年。

125?C 1507C1000 hrs 4 years 8 years2000 hrs 8 years 28 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-D101• >Environmental test itemsPRE-CON, THB, HAST, PCT, TCT, TSTZ HTST, Solderability Test,Solder Heat TestPRE-CON: Precondition TestPu中ose: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%RHZ 1.1 VCC, Static bias, 2.3 atmFailure 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: Pressure Cook Test (Autoclave Test)Pu中ose: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：具体的测试条件和佔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:评佔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 Shock TestPurpose:评佔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HTST: High Temperature Storage Life TestPu中ose:评估IC产品在实际使用之前在高温条件下保持儿年不工作条件 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 1008.2JESD22-A103-AEIAJED- 4701-B111Solderability TestPu中ose:评佔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2457C锡盆中5秒Failure Criterion：至少 95% 良率Reference：具体的测试条件和佔算结果可参考以下标准MIT-STD-883E Method 2003.7JESD22-B102SHT Test: Solder Heat Resistivity TestPurpose:评佔IC对瞬间高温的敬感度Test Method:侵入260?C锡盆中10秒Failure Criterion：根据电测试结果Reference：具体的测试条件和估算结果可参考以下标准MIT-STD-883E Method 2003.7EIAJED- 4701-B106>En dura nee test itemsEn dura nee cycli ng test, Data retenti on testEndurance Cycling TestPu中ose:评佔非挥发性memory器件在多次读写算后的持久性能Test Method:将数据写入memory的存储单元，在擦除数据，重复这个过 程多次Test condition:室温，或者更高，每个数据的读写次数达到lOOk^lOOOkReference：具体的测试条件和估算结果可参考以下标准MIT-STD-883E Method 1033Data Retention TestPurpose: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Test condition: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Failure Mechanisms： 150?CReference：具体的测试条件和估算结果可参考以下标准MIT-STD-883E Method 1008.2MIT-STD-883E Method 1033在了解上述的IC测试方法之后，IC的设讣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LI的，选择合适的测试方。