IC产品的质量与可靠性测试.docx

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IC产品的质量与可靠性测试

IC产品的质量与可靠性测试

（ICQuality&ReliabilityTest）

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。

现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。

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，whoknows?

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JESD22-A108-AEIAJED-4701-D101

注：

JEDEC（JointElectronDeviceEngineeringCouncil）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（BathtubCurve）来表示。

Region（I）被称为早夭期（Infancyperiod）

这个阶段产品的failurerate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（Usefullifeperiod）在这个阶段产品的failurerate保持稳定，失效的原因往往是随机的，比如温度变

Region（III）被称为磨耗期（Wear-Outperiod）

在这个阶段failurerate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产品可靠性等级测试项目（ICProductLevelreliabilitytestitems）

一、使用寿命测试项目（Lifetestitems）：

EFR,OLT（HTOL）,LTOL

1EFR:

早期失效等级测试（EarlyfailRateTest）

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。

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

2HTOL/LTOL高/低温操作生命期试验（High/LowTemperature

OperatingLife）

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：

125C,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：

125C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；150C1000小时测试通过保证使用8年，2000小时保证使用28年。

具体的测试条件和估算结果可参考以下标准

MIT-STD-883EMethod1005.8

JESD22-A108-A

EIAJED-4701-D101

二、环境测试项目（Environmentaltestitems）

PRE-CON,THB,HAST,PCT,TCT,TST,HTST,SolderabilityTest,

SolderHeatTest

①PRE-CONS处理测试（PreconditionTest）

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。

测试流程（TestFlow）：

Step1：

超声扫描仪SAM（ScanningAcousticMicroscopy）

Step2：

高低温循环（Temperaturecycling）

-40C（orlower）~60C（orhigher）for5cyclestosimulateshippingconditions

Step3:

烘烤（Baking）

moisturefromthepackage

Atminimum125Cfor24hourstoremoveall

Step4:

浸泡（Soaking）

Usingoneoffollowingsoakconditions-Level1:

85C/85%RHfor168hrs-Level2:

85C/60%RHfor168hrs-Level3:

30C/60%RHfor192hrsStep5:

Reflow（回流焊）240C（-5C）/225C（-5245C（-5C）/250C（-5

（储运时间多久都没关系）

（储运时间一年左右）

（储运时间一周左右）

C）for3times（Pb-Sn）

C）for3times（Lead-free）

Step6:

超声扫描仪SAM（ScanningAcousticMicroscopy）

*chooseaccordingthepackagesize

红色和黄色区域显示BGA在回流工艺中由于湿度原因而过度膨胀所导致的分层/

Sn-Pbinterconnection

Pb4reeinterconnection

裂纹。

失效机制：

封装破裂，分层

具体的测试条件和估算结果可参考以下标准

JESD22-A113-D

EIAJED-4701-B101

评估结果：

八种耐潮湿分级和车间寿命（floorlife）

请参阅J-STD-020。

・1级-小于或等于30°C/85%RH无限车间寿命

・2级-小于或等于30°C/60%RH一年车间寿命

•2a级-小于或等于30°C/60%RH四周车间寿命

•3级-小于或等于30°C/60%RH168小时车间寿命

.4级-小于或等于30°C/60%RH72小时车间寿命

•5级-小于或等于30°C/60%RH48小时车间寿命

•5a级-小于或等于30°C/60%RH24小时车间寿命

•6级-小于或等于30°C/60%RH72小时车间寿命（对于6级，元件使用之前必须经过烘焙，并且必须在潮湿敏感注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原因。

由于潮湿敏感性元件使用的增加，诸如薄的密间距元件（fine-pitchdevice）和球栅阵列（BGA,

ballgridarray），使得对这个失效机制的关注也增加了。

基

于此原因，电子制造商们必须为预防潜在灾难支付高昂的开支。

吸收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，取决于不同封装结构材料的热膨胀系数（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升高的温度环境下，陷于塑料的表面贴装元件（SMD,surfacemountdevice）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部分离（脱层）、

金线焊接损伤、芯片损伤、和不会延伸到元件表面的内部裂纹等。

在一些极端的情况中，裂纹会延伸到元件的表面；最严重的情况就是元件鼓胀和爆裂（叫做“爆米花”效益）。

尽管现在，进行回流焊操作时，在180C~200C时少量的湿度是可以接受的。

然而，在230C~260C的范围中的无铅工艺里，任何湿度的存在都能够形成足够导致破坏封装的小爆炸（爆米花状）或材料分层。

必须进行明智的封装材料选择、仔细控制的组装环境和在运输中采用密封包装及放置干燥剂等措施。

实际上国外经常使用装备有射频标签的湿度跟踪系统、局部控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控制。

2THB:

加速式温湿度及偏压测试（TemperatureHumidityBias

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:

85C，85%RH,1.1VCC,Staticbias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

EIAJED-4701-D122

3高加速温湿度及偏压测试（HAST:

HighlyAccelerated

StressTest）

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°C,85%RH,1.1VCC,Staticbias,2.3atm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

4PCT:

高压蒸煮试验PressureCookTest（AutoclaveTest）

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:

130C，85%RH,Staticbias，15PSIG（2atm）

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。

5TCT:

高低温循环试验（TemperatureCyclingTest）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:

ConditionB:

-55Cto125C

ConditionC:

-65Cto150C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-883EMethod1010.7

JESD22-A104-A

EIAJED-4701-B-131

6TST:

高低温冲击试验（ThermalShockTest）

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:

ConditionB:

-55Cto125C

ConditionC:

-65Cto150C失效机制：

电介质的断裂，材料的老化（如bondwires）,导体机械变形

具体的测试条件和估算结果可参考以下标准：

MIT-STD-883EMethod1011.9

JESD22-B106

EIAJED-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

7HTST:

高温储存试验（HighTemperatureStorageLifeTest）

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：

150C

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-883EMethod1008.2

JESD22-A103-A

EIAJED-4701-B111

8可焊性试验（SolderabilityTest）

目的：

评估ICleads在粘锡过程中的可靠度

测试方法：

Stepl:

蒸汽老化8小时

Step2:

浸入245C锡盆中5秒

失效标准（FailureCriterion）：

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-883EMethod2003.7

JESD22-B102

9SHTTest：

焊接热量耐久测试（SolderHeatResistivity

Test）

目的：

评估IC对瞬间高温的敏感度

测试方法：

侵入260C锡盆中10秒

失效标准（FailureCriterion）:

根据电测试结果

具体的测试条件和估算结果可参考以下标准

MIT-STD-883EMethod2003.7

EIAJED-4701-B106

三、耐久性测试项目（Endurancetestitems）

Endurancecyclingtest,Dataretentiontest

1周期耐久性测试（EnduraneeCyclingTest）

目的：

评估非挥发性memory器件在多次读写算后的持久性能

TestMethod:

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-883EMethod1033

2数据保持力测试（DataRetentionTest）

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，多次读取验证单元中的数据

失效机制：

150C

具体的测试条件和估算结果可参考以下标准：

MIT-STD-883EMethod1008.2

MIT-STD-883EMethod1033

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

选择合适的测

从而有效控制

不用IC产品的性能，用途以及需要测试的目的，试方法，最大限度的降低IC测试的时间和成本，IC产品的质量和可靠度。

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