Элементы и методы тестирования надежности полупроводниковых чипов

Тестирование надежности чипа в основном делится на два основных этапа: испытания на воздействие окружающей среды и испытания на срок службы.Испытание надежности является ключевым шагом для обеспечения стабильной работы и надежности чипа в течение длительного времени в практических приложениях. Вообще говоря, надежность — это способность изделия выполнять определенную функцию в течение определенного времени в стандартных технических условиях.Надежность измеряет вероятность отказа, интенсивность отказов и ремонтопригодность продукта. В соответствии с техническими характеристиками продукта и требованиями заказчика мы можем проводить испытания надежности по различным спецификациям, таким как MIL-STD, JEDEC, IEC, JESD, AEC и EIA.

1. HTOL: испытание на долговечность при высоких температурах
Испытание на долговечность при высоких температурах, также называемое испытанием на старение, является широко используемым методом тестирования надежности чипов. Он имитирует термический стресс и процесс старения в реальных условиях использования, запуская чип в высокотемпературной среде в течение длительного времени. Этот тест помогает оценить стабильность и долгосрочную надежность чипа в условиях высоких температур.
При проведении испытаний на термическое старение чип обычно помещают в горячую ванну с постоянной высокой температурой и продолжают работать в течение определенного периода времени.Обычный диапазон температур испытаний составляет от 100°C до 150°C. Во время тестирования электрические характеристики, производительность и надежность чипа контролируются и записываются.

С помощью испытаний на термическое старение можно обнаружить отказы, вызванные термодиффузией, структурными повреждениями или распадом материала. Эти неисправности могут включать изменения сопротивления, утечку тока, плохие контакты, миграцию металла и т. д. Анализируя результаты испытаний, можно оценить надежность чипа в длительных условиях высоких температур и предоставить рекомендации для улучшения проектирования и производственного процесса.
2. TCT: циклическое испытание при высоких и низких температурах.
Тест температурного цикла предназначен для оценки стабильности и надежности чипа в условиях изменения температуры. Это испытание имитирует термическое напряжение и усталость материала, вызванные изменениями температуры при фактическом использовании. При тестировании на циклическое изменение температуры чип подвергается циклическому воздействию различных температур. Обычно тестирование переключается между двумя или более различными температурными точками, например, от низкой температуры (например, -40°C) до высокой температуры (например, 125°C). Время воздействия для каждой температурной точки можно регулировать по мере необходимости.

Посредством испытаний на температурный цикл можно обнаружить такие проблемы, как структурные напряжения, различия в тепловом расширении и усталость паяных соединений, вызванные изменениями температуры. Эти проблемы могут привести к плохому контакту, поломке сварки, усталости металла и другим неисправностям. Во время тестирования электрические характеристики, производительность и надежность чипа контролируются и записываются.
3. EFR/ELFR: испытание на ранний отказ

Тестирование срока службы на ранней стадии предназначено для оценки чипа на предмет любых потенциальных неисправностей или сбоев на ранних этапах его срока службы. Это тестирование обычно проводится в процессе производства чипов или на ранних стадиях разработки продукта. Он предполагает ускоренное тестирование и эксплуатацию чипов в условиях высокой нагрузки. При применении таких условий, как высокая температура, высокое напряжение и высокая частота, чип подвергается воздействию более суровых условий за короткий период времени, чтобы имитировать стрессовые условия в реальном использовании.
Целью раннего тестирования срока службы отказов является заблаговременное обнаружение потенциальных неисправностей и дефектов, чтобы можно было внести соответствующие улучшения и корректировки. Анализируя результаты испытаний, можно выявить слабые места в конструкции чипа и производственном процессе, а также принять соответствующие меры для повышения надежности и срока службы чипа.
4. DT: испытание на падение

Испытание на падение используется для оценки стабильности и надежности чипов в условиях физических ударов и вибрации. Этот тест имитирует падения или удары, которые могут возникнуть при фактическом использовании. При испытании на падение чип устанавливается на специальное оборудование для испытаний на падение и подвергается контролируемому падению или удару. Испытательное оборудование обычно производит четко определенные силы удара или вибрации, направления и частоты для имитации физических напряжений, которые могут возникнуть в реальном использовании.

С помощью испытаний на падение можно обнаружить такие проблемы, как разрыв соединений, повреждение конструкции, разрыв материала, вызванный падением или вибрацией. Во время тестирования электрические характеристики, производительность и надежность чипа контролируются и записываются. Анализ результатов испытаний на падение позволяет оценить способность чипа выдерживать удары и вибрацию в реальных условиях использования и предоставить рекомендации по улучшению проектирования и производственного процесса. Кроме того, испытания на падение помогают определить пригодность и долговечность чипа при транспортировке, сборке и реальном использовании.

5. UHAST: ускоренное стресс-тестирование

UHAST-тестирование чипов ускоряет старение чипа и выход из строя за короткий период времени за счет применения экстремальных условий напряжения и температуры. Конкретные условия испытаний UHAST включают высокую температуру, высокую влажность, давление и значения смещения. Ниже приведены справочные значения для некоторых распространенных условий испытаний UHAST.

Высокая температура: обычно выполняется в диапазоне температур примерно от 100°C до 150°C, в зависимости от требований к конструкции чипа и среды применения. Иногда при особых обстоятельствах для испытаний могут использоваться более высокие температуры.


Высокая влажность: при типичном тесте UHAST относительная влажность обычно поддерживается в пределах от 85% до 95%. Условия высокой влажности усугубят старение стружки и коррозию.

Напряжение: напряжение, приложенное во время тестирования, может быть вызвано испытательным приспособлением или окружающей средой упаковки. Конкретное значение давления обычно составляет от 2 до 20 атмосфер.Конкретное значение зависит от требований испытаний и сценария применения чипа.

Напряжение смещения: Напряжение смещения обычно относится к напряжению, приложенному к выводам микросхемы или устройствам. Конкретное значение смещения зависит от конструкции чипа и требований применения. При испытаниях UHAST напряжение смещения можно использовать для ускорения возникновения режимов отказа, таких как ток утечки, пробой и т. д.
6. BLT: тест на устойчивость к смещению

BLT используется для оценки стабильности и надежности таких устройств, как MOSFET (металлооксидно-полупроводниковые полевые транзисторы) в условиях длительного смещения и высоких температур. В ходе теста на долговечность смещения BLT чип подвергается воздействию постоянного напряжения смещения и воздействия высокой температуры. Напряжение смещения обычно устанавливается на основе конкретных характеристик микросхемы и требований приложения. В условиях устойчивой высокой температуры и смещения характеристики, производительность и надежность чипа будут отслеживаться и записываться.

Целью теста BLT является обнаружение эффектов старения напряжения смещения, вызванных напряжением смещения и высокой температурой окружающей среды. Эти эффекты могут привести к таким проблемам, как потеря кремниевого диэлектрика, образование ловушек на границе раздела и изгиб зон. Результаты испытаний можно использовать для оценки надежности чипа при длительном использовании и в условиях высоких температур, а также служить ориентиром для усовершенствований проектирования и производственного процесса.
7. BLT-LTST: испытание на долговечность при низкотемпературном смещении.
BLT-LTST используется для оценки стабильности и надежности таких устройств, как МОП-транзисторы, при низких температурах, длительном смещении и в условиях высокого напряжения. В ходе испытания BLT-LTST на срок службы смещения при низких температурах чип подвергается воздействию низкотемпературной среды и к нему прикладывают постоянное напряжение смещения и высокое напряжение. Условия низких температур обычно устанавливаются в диапазоне от -40°C до -60°C, в зависимости от характеристик чипа и требований применения. В условиях устойчивых низких температур, смещения и высокого напряжения характеристики, производительность и надежность чипа будут контролироваться и записываться.
Целью теста BLT-LTST является обнаружение проблем с надежностью, вызванных низкотемпературным смещением и средой с высоким напряжением. Эти проблемы могут включать потерю кремниевого диэлектрика, повышенный ток утечки, плохие контакты и т. д. Анализируя результаты испытаний, можно оценить надежность чипа в условиях низких температур и смещений и предоставить рекомендации для улучшения проектирования и производственного процесса.