集成電路的可靠性根據(jù)試驗(yàn)等級(jí)分類
可靠性(Reliability)是對(duì)產(chǎn)品耐久力的測(cè)量, 我們主要典型的IC產(chǎn)品的生命周期可以用一條浴缸曲線(Bathtub Curve)來(lái)表示。
如上圖示意, 集成電路的失效原因大致分為三個(gè)階段：
Region (I) 被稱為早夭期(Infancy period), 這個(gè)階段產(chǎn)品的失效率快速下降，造成失效的原因在于IC設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中的缺陷;
Region (II) 被稱為使用期(Useful life period), 這個(gè)階段產(chǎn)品的失效率保持穩(wěn)定，失效的原因往往是隨機(jī)的，比如溫度變化等等;
Region (III) 被稱為磨耗期(Wear-Out period) 這個(gè)階段產(chǎn)品的失效率會(huì)快速升高，失效的原因就是產(chǎn)品的長(zhǎng)期使用所造成的老化等。
軍工級(jí)器件老化篩選
元器件壽命試驗(yàn)
ESD等級(jí)、Latch_up測(cè)試評(píng)價(jià)
高低溫性能分析試驗(yàn)
集成電路微缺陷分析
封裝缺陷無(wú)損檢測(cè)及分析
電遷移、熱載流子評(píng)價(jià)分析
根據(jù)試驗(yàn)等級(jí)分為如下幾類：
一、使用壽命測(cè)試項(xiàng)目(Life test items)
EFR：早期失效等級(jí)測(cè)試( Early fail Rate Test )
目的：評(píng)估工藝的穩(wěn)定性，加速缺陷失效率，去除由于天生原因失效的產(chǎn)品
測(cè)試條件：在特定時(shí)間內(nèi)動(dòng)態(tài)提升溫度和電壓對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試
失效機(jī)制：材料或工藝的缺陷，包括諸如氧化層缺陷，金屬刻鍍，離子玷污等由于生產(chǎn)造成的失效
參考標(biāo)準(zhǔn)：
JESD22-A108-A
EIAJED- 4701-D101
HTOL/ LTOL：高/低溫操作生命期試驗(yàn)(High/ Low Temperature Operating Life )
目的：評(píng)估器件在超熱和超電壓情況下一段時(shí)間的耐久力
測(cè)試條件: 125℃，1.1VCC, 動(dòng)態(tài)測(cè)試
失效機(jī)制：電子遷移，氧化層破裂，相互擴(kuò)散，不穩(wěn)定性，離子玷污等
參考數(shù)據(jù)：
125℃條件下1000小時(shí)測(cè)試通過(guò)IC可以保證持續(xù)使用4年，2000小時(shí)測(cè)試持續(xù)使用8年;150℃ 1000小時(shí)測(cè)試通過(guò)保證使用8年，2000小時(shí)保證使用28年
參考標(biāo)準(zhǔn)：
MIT-STD-883E Method 1005.8
JESD22-A108-A
EIAJED- 4701-D101
二、環(huán)境測(cè)試項(xiàng)目(Environmental test items)
PRE-CON：預(yù)處理測(cè)試( Precondition Test )
目的：模擬IC在使用之前在一定濕度，溫度條件下存儲(chǔ)的耐久力，也就是IC從生產(chǎn)到使用之間存儲(chǔ)的可靠性
THB：加速式溫濕度及偏壓測(cè)試(Temperature Humidity Bias Test )
目的：評(píng)估IC產(chǎn)品在高溫，高濕，偏壓條件下對(duì)濕氣的抵抗能力，加速其失效進(jìn)程
測(cè)試條件：85℃，85%RH, 1.1 VCC, Static bias
失效機(jī)制：電解腐蝕
參考標(biāo)準(zhǔn)：
JESD22-A101-D
EIAJED- 4701-D122
高加速溫濕度及偏壓測(cè)試(HAST: Highly Accelerated Stress Test )
目的：評(píng)估IC產(chǎn)品在偏壓下高溫，高濕，高氣壓條件下對(duì)濕度的抵抗能力，加速其失效過(guò)程
測(cè)試條件：130℃， 85%RH, 1.1 VCC, Static bias，2.3 atm
失效機(jī)制：電離腐蝕，封裝密封性
參考標(biāo)準(zhǔn)：
JESD22-A110
PCT：高壓蒸煮試驗(yàn) Pressure Cook Test (Autoclave Test)
目的： 評(píng)估IC產(chǎn)品在高溫，高濕，高氣壓條件下對(duì)濕度的抵抗能力，加速其失效過(guò)程
測(cè)試條件：130℃， 85%RH, Static bias，15PSIG(2 atm)
失效機(jī)制：化學(xué)金屬腐蝕，封裝密封性
參考標(biāo)準(zhǔn)：
JESD22-A102
EIAJED- 4701-B123
*HAST與THB的區(qū)別在于溫度更高，并且考慮到壓力因素，實(shí)驗(yàn)時(shí)間可以縮短，而PCT則不加偏壓，但濕度增大。
TCT：高低溫循環(huán)試驗(yàn)(Temperature Cycling Test )
目的：評(píng)估IC產(chǎn)品中具有不同熱膨脹系數(shù)的金屬之間的界面的接觸良率。方法是通過(guò)循環(huán)流動(dòng)的空氣從高溫到低溫重復(fù)變化
測(cè)試條件：
Condition B:-55℃ to 125℃
Condition C: -65℃ to 150℃
失效機(jī)制：電介質(zhì)的斷裂，導(dǎo)體和絕緣體的斷裂，不同界面的分層
參考標(biāo)準(zhǔn)：
MIT-STD-883E Method 1010.7
JESD22-A104-A
EIAJED- 4701-B-131
TST：高低溫沖擊試驗(yàn)(Thermal Shock Test )
目的：評(píng)估IC產(chǎn)品中具有不同熱膨脹系數(shù)的金屬之間的界面的接觸良率。方法是通過(guò)循環(huán)流動(dòng)的液體從高溫到低溫重復(fù)變化
測(cè)試條件：
Condition B: - 55℃ to 125℃
Condition C: - 65℃ to 150℃
失效機(jī)制：電介質(zhì)的斷裂，材料的老化(如bond wires), 導(dǎo)體機(jī)械變形
參考標(biāo)準(zhǔn)：
MIT-STD-883E Method 1011.9
JESD22-B106
EIAJED- 4701-B-141
* TCT與TST的區(qū)別在于TCT偏重于package 的測(cè)試，而TST偏重于晶園的測(cè)試
HTST：高溫儲(chǔ)存試驗(yàn)(High Temperature Storage Life Test )
目的：評(píng)估IC產(chǎn)品在實(shí)際使用之前在高溫條件下保持幾年不工作條件下的生命時(shí)間
測(cè)試條件：150℃
失效機(jī)制：化學(xué)和擴(kuò)散效應(yīng)，Au-Al 共金效應(yīng)
參考標(biāo)準(zhǔn)：
MIT-STD-883E Method 1008.2
JESD22-A103-A
EIAJED- 4701-B111
可焊性試驗(yàn)(Solderability Test )
目的：評(píng)估IC leads在粘錫過(guò)程中的可靠度
測(cè)試方法：
Step1：蒸汽老化8 小時(shí)
Step2：浸入245℃錫盆中 5秒
失效標(biāo)準(zhǔn)(Failure Criterion)：至少95%良率
具體的測(cè)試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn)
MIT-STD-883E Method 2003.7
JESD22-B102
SHT Test:焊接熱量耐久測(cè)試( Solder Heat Resistivity Test )
目的：評(píng)估IC 對(duì)瞬間高溫的敏感度
測(cè)試方法：侵入260℃ 錫盆中10秒
失效標(biāo)準(zhǔn)(Failure Criterion)：根據(jù)電測(cè)試結(jié)果
具體的測(cè)試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn)
MIT-STD-883E Method 2003.7
EIAJED- 4701-B106
三、耐久性測(cè)試項(xiàng)目(Endurance test items )
周期耐久性測(cè)試(Endurance Cycling Test )
目的：評(píng)估非揮發(fā)性memory器件在多次讀寫(xiě)算后的持久性能
Test Method：將數(shù)據(jù)寫(xiě)入memory的存儲(chǔ)單元，在擦除數(shù)據(jù)，重復(fù)這個(gè)過(guò)程多次
測(cè)試條件：室溫，或者更高，每個(gè)數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)次數(shù)達(dá)到100k~1000k
參考標(biāo)準(zhǔn)：
MIT-STD-883E Method 1033
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