芯片可靠性测试.docx
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芯片可靠性测试
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，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
MIT-STD-883EMethod1005.8
JESD22-A108-A
EIAJED-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，如图所示
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EOS，温度变化等等；
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ICProductLevelreliabilitytestitems
●>Robustnesstestitems
ESD,Latch-up
对于Robustnesstestitems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。
●>Lifetestitems
EFR,OLT（HTOL）,LTOL
EFR:
EarlyfailRateTest
Purpose:
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。
Testcondition:
在特定时间内动态提升温度和电压对产品进行测试
FailureMechanisms：
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：
具体的测试条件和估算结果可参考以下标准
MIT-STD-883EMethod1015.9
JESD22-A108-A
EIAJED-4701-D101
HTOL/LTOL：
High/LowTemperatureOperatingLife
Purpose:
评估器件在超热和超电压情况下一段时间的耐久力
Testcondition:
125?
C，1.1VCC,动态测试
FailureMechanisms：
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；150?
C测试保证使用8年，2000小时保证使用28年。
125?
C 150?
C
1000hrs 4years 8 years
2000hrs 8years 28years
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
●>Environmentaltestitems
PRE-CON,THB,HAST,PCT,TCT,TST,HTST,SolderabilityTest,
SolderHeatTest
PRE-CON:
PreconditionTest
Purpose:
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。
TestFlow:
Step1:
SAM（ScanningAcousticMicroscopy）
Step2:
Temperaturecycling
-40?
C（orlower）~60?
C（orhigher）for5cyclestosimulateshippingconditions
Step3:
Baking
Atminimum125?
Cfor24hourstoremoveallmoisturefromthepackage
Step4:
Soaking
Usingoneoffollowingsoakconditions
-Level1:
85?
C/85%RHfor168hrs（多久都没关系）
-Level1:
85?
C/60%RHfor168hrs（一年左右）
-Level1:
30?
C/60%RHfor192hrs（一周左右）
Step5:
Reflow
240?
C（-5?
C）/225?
C（-5?
C）for3times（Pb-Sn）
245?
C（-5?
C）/250?
C（-5?
C）for3times（Lead-free）
*chooseaccordingthepackagesize
FailureMechanisms:
封装破裂，分层
Reference：
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
THB:
TemperatureHumidityBiasTest
Purpose:
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
Testcondition:
85?
C，85%RH,1.1VCC,Staticbias
FailureMechanisms：
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-D
EIAJED-4701-D122
HAST:
HighlyAcceleratedStressTest
Purpose:
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
Testcondition:
130?
C，85%RH,1.1VCC,Staticbias，2.3atm
FailureMechanisms：
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-A110
PCT:
PressureCookTest（AutoclaveTest）
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
Testcondition:
130?
C，85%RH,Staticbias，15PSIG（2atm）
FailureMechanisms：
化学金属腐蚀，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-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。
TCT:
TemperatureCyclingTest
Purpose:
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。
Testcondition:
ConditionB:
-55?
Cto125?
C
ConditionC:
-65?
Cto150?
C
FailureMechanisms：
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-883EMethod1010.7
JESD22-A104-A
EIAJED-4701-B-131
TST:
ThermalShockTest
Purpose:
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。
Testcondition:
ConditionB:
-55?
Cto125?
C
ConditionC:
-65?
Cto150?
C
FailureMechanisms：
电介质的断裂，材料的老化（如bondwires）,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-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
HTST:
HighTemperatureStorageLifeTest
Purpose:
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。
Testcondition:
150?
C
FailureMechanisms：
化学和扩散效应，Au-Al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-883EMethod1008.2
JESD22-A103-A
EIAJED-4701-B111
SolderabilityTest
Purpose:
评估ICleads在粘锡过程中的可考度
TestMethod:
1.蒸汽老化8小时
2.侵入245?
C锡盆中5秒
FailureCriterion：
至少95％良率
Reference：
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
SHTTest:
SolderHeatResistivityTest
Purpose:
评估IC对瞬间高温的敏感度
TestMethod:
侵入260?
C锡盆中10秒
FailureCriterion：
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-883EMethod2003.7
EIAJED-4701-B106
>Endurancetestitems
Endurancecyclingtest,Dataretentiontest
EnduranceCyclingTest
Purpose:
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
Testcondition:
室温，或者更高，每个数据的读写次数达到100k~1000k
Reference：
具体的测试条件和估算结果可参考以下标准
MIT-STD-883EMethod1033
DataRetentionTest
Purpose:
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
Testcondition:
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
FailureMechanisms：
150?
C
Reference：
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。
BasicFAFlows
EveryexperiencedfailureanalystknowsthateveryFAisunique.NobodycantrulysaythatheorshehasdevelopedastandardFAflowforeveryFAthatwillcomehisorherway. FA'shaveatendencyofdirectingthemselves,witheachsubsequentstepdependingontheoutcomeofthepreviousstep.
TheflowofanFAisinfluencedbyamultitudeoffactors:
thedeviceitself,theapplicationinwhichitfailed,thestressesthatthedevicehasundergonepriortofailure,thepointoffailure,thefailurerate,thefailuremode,thefailureattributes,andofcourse,thefailuremechanism. Nonetheless,FAisFA,soitisindeedpossibletodefinetoacertaindegreea'standard'FAflowforeveryfailuremechanism.
ThisarticleaimstogivethereaderabasicideaofhowtheFAflowforagivenfailuremechanismmaybestandardized.'Standardization'inthiscontextdoesnotmeandefiningastep-by-stepFAproceduretofollow,butratherwhattolookforwhenanalyzingfailuresdependingonwhattheobservedorsuspectedfailuremechanismis.
BasicDie-levelFAFlow
1）FailureInformationReview.Understandthoroughlythecustomer'sdescriptionofthefailure. Determine:
a）thespecificelectricalfailuremodethatthecustomerisexperiencing;b）thepointoffailureorwherethefailurewasencountered（fieldormanufacturinglineandatwhichstep?
）;c）whatconditionsthesampleshavealreadygonethroughorbeensubjectedto;andd）thefailurerateobservedbythecustomer.
2）FailureVerification.Verifythecustomer'sfailuremodebyelectricaltesting. Checkthedatalogresultsforconsistencywithwhatthecustomerisreporting.
3）ExternalVisualInspection.Performathoroughexternalvisualinspectiononthesample. Noteallmarkingsonthepackageandlookforexternalanomalies,i.e.,missing/bentleads,packagediscolorations,packagecracks/chip-outs/scratches,contamination,leadoxidation/corrosion,illegiblemarks,non-standardfonts,etc.
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