IC產(chǎn)品的質(zhì)量與牢靠性測(cè)驗(yàn)授權(quán)轉(zhuǎn)載自【2018.01.19AA探針臺(tái)閱讀5654】

質(zhì)量（Quality）和牢靠性（Reliability）在必定程度上能夠說(shuō)是IC產(chǎn)品的生命。質(zhì)量（Quality）就是產(chǎn)品功能的丈量，它答復(fù)了一個(gè)產(chǎn)品是否契合規(guī)范（SPEC）的要求，是否契合各項(xiàng)功能指標(biāo)的問(wèn)題；牢靠性（Reliability）則是對(duì)產(chǎn)品耐久力的丈量，它答復(fù)了一個(gè)產(chǎn)品生命周期有多長(zhǎng)，簡(jiǎn)略說(shuō)，它能用多久的問(wèn)題。所以說(shuō)質(zhì)量（Quality）處理的是現(xiàn)階段的問(wèn)題，牢靠性（Reliability）處理的是一段時(shí)刻以后的問(wèn)題。知道了兩者的差異，我們發(fā)現(xiàn)，Quality的問(wèn)題處理辦法往往比較直接，規(guī)劃和制作單位在產(chǎn)品出產(chǎn)出來(lái)后，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)略的測(cè)驗(yàn)，就能夠知道產(chǎn)品的功能是否到達(dá)SPEC的要求，這種測(cè)驗(yàn)在IC的規(guī)劃和制作單位就能夠進(jìn)行。相對(duì)而言，Reliability的問(wèn)題似乎就變的非常扎手，這個(gè)產(chǎn)品能用多久，誰(shuí)會(huì)能確保今天產(chǎn)品能用，明天就必定能用？

為了處理這個(gè)問(wèn)題，人們制定了各種各樣的規(guī)范，如:JESD22-A108-A、EIAJED-4701-D101，注：JEDEC（JointElectronDeviceEngineeringCouncil）電子設(shè)備工程聯(lián)合委員會(huì)，聞名世界電子行業(yè)規(guī)范化安排之一；EIAJED：日本電子工業(yè)協(xié)會(huì)，聞名世界電子行業(yè)規(guī)范化安排之一。

在介紹一些現(xiàn)在較為盛行的Reliability的測(cè)驗(yàn)辦法之前，我們先來(lái)認(rèn)識(shí)一下IC產(chǎn)品的生命周期。典型的IC產(chǎn)品的生命周期能夠用一條浴缸曲線(xiàn)（BathtubCurve）來(lái)表示。

Region(I)被稱(chēng)為早夭期（Infancyperiod）

這個(gè)階段產(chǎn)品的failurerate快速下降，形成失效的原因在于IC規(guī)劃和出產(chǎn)進(jìn)程中的缺點(diǎn)；

Region(II)被稱(chēng)為運(yùn)用期（Usefullifeperiod）

在這個(gè)階段產(chǎn)品的failurerate堅(jiān)持穩(wěn)定，失效的原因往往是隨機(jī)的，比如溫度改變等等；

Region(III)被稱(chēng)為磨耗期（Wear-Outperiod）

在這個(gè)階段failurerate會(huì)快速升高，失效的原因就是產(chǎn)品的長(zhǎng)期運(yùn)用所形成的老化等。

認(rèn)識(shí)了典型IC產(chǎn)品的生命周期，我們就能夠看到，Reliability的問(wèn)題就是要力求將處于早夭期failure的產(chǎn)品去除并預(yù)算其良率，預(yù)計(jì)產(chǎn)品的運(yùn)用期，而且找到failure的原因，尤其是在IC出產(chǎn)，封裝，存儲(chǔ)等方面呈現(xiàn)的問(wèn)題所形成的失效原因。

下面就是一些IC產(chǎn)品牢靠性等級(jí)測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目（ICProductLevelreliabilitytestitems）

一、運(yùn)用壽命測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目（Lifetestitems）：EFR,OLT(HTOL),LTOL

①EFR:早期失效等級(jí)測(cè)驗(yàn)（EarlyfailRateTest）

意圖：評(píng)價(jià)工藝的穩(wěn)定性，加快缺點(diǎn)失效率，去除因?yàn)樘焐蚴У漠a(chǎn)品。

測(cè)驗(yàn)條件：在特定時(shí)刻內(nèi)動(dòng)態(tài)提升溫度和電壓對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)驗(yàn)

失效機(jī)制：資料或工藝的缺點(diǎn)，包含諸如氧化層缺點(diǎn)，金屬刻鍍，離子玷污等因?yàn)槌霎a(chǎn)形成的失效。

詳細(xì)的測(cè)驗(yàn)條件和預(yù)算成果可參閱以下規(guī)范：JESD22-A108-A;EIAJED-4701-D101。

②HTOL/LTOL：高/低溫操作生命期實(shí)驗(yàn)（High/LowTemperatureOperatingLife）

意圖：評(píng)價(jià)器材在超熱和超電壓狀況下一段時(shí)刻的耐久力

測(cè)驗(yàn)條件：125℃，1.1VCC,動(dòng)態(tài)測(cè)驗(yàn)

失效機(jī)制：電子搬遷，氧化層破裂，相互分散，不穩(wěn)定性，離子玷污等

參閱規(guī)范：

125℃條件下1000小時(shí)測(cè)驗(yàn)經(jīng)過(guò)IC能夠確堅(jiān)持續(xù)運(yùn)用4年，2000小時(shí)測(cè)驗(yàn)持續(xù)運(yùn)用8年；

150℃1000小時(shí)測(cè)驗(yàn)經(jīng)過(guò)確保運(yùn)用8年，2000小時(shí)確保運(yùn)用28年。

詳細(xì)的測(cè)驗(yàn)條件和預(yù)算成果可參閱以下規(guī)范:MIT-STD-883EMethod1005.8;JESD22-A108-A;EIAJED-4701-D101。

二、環(huán)境測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目（Environmentaltestitems）

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

①PRE-CON:預(yù)處理測(cè)驗(yàn)（PreconditionTest）

意圖：模擬IC在運(yùn)用之前在必定濕度，溫度條件下存儲(chǔ)的耐久力，也就是IC從出產(chǎn)到運(yùn)用之間存儲(chǔ)的牢靠性。

測(cè)驗(yàn)流程（TestFlow）：

Step1：超聲掃描儀SAM(ScanningAcousticMicroscopy)

Step2：高低溫循環(huán)（Temperaturecycling）

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

Step3：烘烤（Baking）

Atminimum125℃for24hourstoremoveallmoisturefromthepackage

Step4：浸泡（Soaking）

Usingoneoffollowingsoakconditions

-Level1:85℃/85%RHfor168hrs（儲(chǔ)運(yùn)時(shí)刻多久都沒(méi)關(guān)系）

-Level2:85℃/60%RHfor168hrs（儲(chǔ)運(yùn)時(shí)刻一年左右）

-Level3:30℃/60%RHfor192hrs（儲(chǔ)運(yùn)時(shí)刻一周左右）

Step5：Reflow（回流焊）

240℃(-5℃)/225℃(-5℃)for3times(Pb-Sn)

245℃(-5℃)/250℃(-5℃)for3times(Lead-free)

*chooseaccordingthepackagesize

Step6：超聲掃描儀SAM(ScanningAcousticMicroscopy)

BGA在回流工藝中因?yàn)闈穸仍蚨^(guò)度脹大所導(dǎo)致的分層/裂紋

封裝破裂，分層

詳細(xì)的測(cè)驗(yàn)條件和預(yù)算成果可參閱以下規(guī)范:JESD22-A113-D;EIAJED-4701-B101。

評(píng)價(jià)成果：八種耐濕潤(rùn)分級(jí)和車(chē)間壽命(floorlife),請(qǐng)參閱J-STD-020。

注：對(duì)于6級(jí)，元件運(yùn)用之前有必要經(jīng)過(guò)烘焙，而且有必要在濕潤(rùn)靈敏注意標(biāo)貼上所規(guī)則的時(shí)刻限定內(nèi)回流。

提示：濕度總是困擾在電子體系背面的一個(gè)難題。不管是在空氣流通的熱帶區(qū)域中，還是在濕潤(rùn)的區(qū)域中運(yùn)送，濕潤(rùn)都是顯著添加電子工業(yè)開(kāi)支的原因。因?yàn)闈駶?rùn)靈敏性元件運(yùn)用的添加，諸如薄的密距離元件(fine-pitchdevice)和球柵陣列(BGA,ballgridarray)，使得對(duì)這個(gè)失效機(jī)制的關(guān)注也添加了。基于此原因，電子制作商們有必要為預(yù)防潛在災(zāi)難支付昂揚(yáng)的開(kāi)支。吸收到內(nèi)部的潮氣是半導(dǎo)體封裝最大的問(wèn)題。當(dāng)其固定到PCB板上時(shí)，回流焊快速加熱將在內(nèi)部形成壓力。這種高速脹大，取決于不同封裝結(jié)構(gòu)資料的熱脹大系數(shù)（CTE）速率不同，可能產(chǎn)生封裝所不能承受的壓力。當(dāng)元件暴露在回流焊接期間升高的溫度環(huán)境下，陷于塑料的外表貼裝元件(SMD,surfacemountdevice)內(nèi)部的濕潤(rùn)會(huì)產(chǎn)生滿(mǎn)足的蒸汽壓力損害或毀壞元件。常見(jiàn)的失效形式包含塑料從芯片或引腳框上的內(nèi)部分離(脫層)、金線(xiàn)焊接損害、芯片損害、和不會(huì)延伸到元件外表的內(nèi)部裂紋等。在一些極點(diǎn)的狀況中，裂紋會(huì)延伸到元件的外表；最嚴(yán)峻的狀況就是元件鼓脹和爆裂(叫做"爆米花"效益)。盡管現(xiàn)在，進(jìn)行回流焊操作時(shí)，在180℃~200℃時(shí)少量的濕度是能夠接受的。然而，在230℃~260℃的范圍中的無(wú)鉛工藝?yán)?，任何濕度的存在都能夠形成滿(mǎn)足導(dǎo)致破壞封裝的小爆破（爆米花狀）或資料分層。有必要進(jìn)行正確的封裝資料挑選、仔細(xì)操控的組裝環(huán)境和在運(yùn)送中選用密封包裝及放置干燥劑等措施。實(shí)際上國(guó)外常常運(yùn)用裝備有射頻標(biāo)簽的濕度跟蹤體系、局部操控單元和專(zhuān)用軟件來(lái)顯現(xiàn)封裝、測(cè)驗(yàn)流水線(xiàn)、運(yùn)送/操作及組裝操作中的濕度操控。

②THB:加快式溫濕度及偏壓測(cè)驗(yàn)（TemperatureHumidityBiasTest）

意圖：評(píng)價(jià)IC產(chǎn)品在高溫，高濕，偏壓條件下對(duì)濕氣的反抗能力，加快其失效進(jìn)程。

測(cè)驗(yàn)條件：85℃，85%RH,1.1VCC,Staticbias

失效機(jī)制：電解腐蝕

詳細(xì)的測(cè)驗(yàn)條件和預(yù)算成果可參閱以下規(guī)范：JESD22-A101-D；EIAJED-4701-D122

Leakagefailure

③高加快溫濕度及偏壓測(cè)驗(yàn)（HAST:HighlyAcceleratedStressTest）

意圖：評(píng)價(jià)IC產(chǎn)品在偏壓下高溫，高濕，高氣壓條件下對(duì)濕度的反抗能力，加快其失效進(jìn)程。

測(cè)驗(yàn)條件：130℃，85%RH,1.1VCC,Staticbias，2.3atm

失效機(jī)制：電離腐蝕，封裝密封性

詳細(xì)的測(cè)驗(yàn)條件和預(yù)算成果可參閱以下規(guī)范：JESD22-A110

AuWireBallBondwithKirkendallVoiding

④PCT:高壓蒸煮實(shí)驗(yàn)PressureCookTest(AutoclaveTest)

意圖：評(píng)價(jià)IC產(chǎn)品在高溫，高濕，高氣壓條件下對(duì)濕度的反抗能力，加快其失效進(jìn)程。

測(cè)驗(yàn)條件：130℃，85%RH,Staticbias，15PSIG（2atm）

失效機(jī)制：化學(xué)金屬腐蝕，封裝密封性

詳細(xì)的測(cè)驗(yàn)條件和預(yù)算成果可參閱以下規(guī)范：JESD22-A102；EIAJED-4701-B123

*HAST與THB的差異在于溫度更高，而且考慮到壓力因素，實(shí)驗(yàn)時(shí)刻能夠縮短，而PCT則不加偏壓，但濕度增大。

Bondpadcorrosion

⑤TCT:高低溫循環(huán)實(shí)驗(yàn)（TemperatureCyclingTest）

意圖：評(píng)價(jià)IC產(chǎn)品中具有不同熱脹大系數(shù)的金屬之間的界面的觸摸良率。辦法是經(jīng)過(guò)循環(huán)流動(dòng)的空氣從高溫到低溫重復(fù)改變。

測(cè)驗(yàn)條件：

ConditionB：-55℃to125℃

ConditionC：-65℃to150℃

失效機(jī)制：電介質(zhì)的開(kāi)裂，導(dǎo)體和絕緣體的開(kāi)裂，不同界面的分層

詳細(xì)的測(cè)驗(yàn)條件和預(yù)算成果可參閱以下規(guī)范：MIT-STD-883EMethod1010.7；JESD22-A104-A；EIAJED-4701-B-131

Ballneckbrokenbydietopde-laminationafterTempcycling

⑥TST:高低溫沖擊實(shí)驗(yàn)（ThermalShockTest）

意圖：評(píng)價(jià)IC產(chǎn)品中具有不同熱脹大系數(shù)的金屬之間的界面的觸摸良率。辦法是經(jīng)過(guò)循環(huán)流動(dòng)的液體從高溫到低溫重復(fù)改變。

測(cè)驗(yàn)條件:

ConditionB：-55℃to125℃

ConditionC：-65℃to150℃

失效機(jī)制：電介質(zhì)的開(kāi)裂，資料的老化（如bondwires）,導(dǎo)體機(jī)械變形

詳細(xì)的測(cè)驗(yàn)條件和預(yù)算成果可參閱以下規(guī)范：MIT-STD-883EMethod1011.9；JESD22-B106；EIAJED-4701-B-141

*TCT與TST的差異在于TCT偏重于package的測(cè)驗(yàn)，而TST偏重于晶園的測(cè)驗(yàn)

MetalcrackandmetalshiftafterthermalShock

⑦HTST:高溫貯存實(shí)驗(yàn)（HighTemperatureStorageLifeTest）

意圖：評(píng)價(jià)IC產(chǎn)品在實(shí)際運(yùn)用之前在高溫條件下堅(jiān)持幾年不工作條件下的生命時(shí)刻。

測(cè)驗(yàn)條件：150℃

失效機(jī)制：化學(xué)和分散效應(yīng)，Au-Al共金效應(yīng)

詳細(xì)的測(cè)驗(yàn)條件和預(yù)算成果可參閱以下規(guī)范：MIT-STD-883EMethod1008.2；JESD22-A103-A；EIAJED-4701-B111

KirkendallVoid

⑧可焊性實(shí)驗(yàn)（SolderabilityTest）

意圖：評(píng)價(jià)ICleads在粘錫進(jìn)程中的牢靠度

測(cè)驗(yàn)辦法：

Step1：蒸汽老化8小時(shí)

Step2：浸入245℃錫盆中5秒

失效規(guī)范（FailureCriterion）：至少95％良率

詳細(xì)的測(cè)驗(yàn)條件和預(yù)算成果可參閱以下規(guī)范：MIT-STD-883EMethod2003.7；JESD22-B102。

poorsolderabilityofthepadsurface

⑨SHTTest:焊接熱量耐久測(cè)驗(yàn)（SolderHeatResistivityTest）

意圖：評(píng)價(jià)IC對(duì)瞬間高溫的靈敏度

測(cè)驗(yàn)辦法：侵入260℃錫盆中10秒

失效規(guī)范（FailureCriterion）：依據(jù)電測(cè)驗(yàn)成果

詳細(xì)的測(cè)驗(yàn)條件和預(yù)算成果可參閱以下規(guī)范:MIT-STD-883EMethod2003.7；EIAJED-4701-B106。

三、耐久性測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目（Endurancetestitems）

Endurancecyclingtest,Dataretentiontest

①周期耐久性測(cè)驗(yàn)（EnduranceCyclingTest）

意圖：評(píng)價(jià)非揮發(fā)性memory器材在多次讀寫(xiě)算后的持久功能

測(cè)驗(yàn)辦法：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)進(jìn)程多次

測(cè)驗(yàn)條件：室溫，或者更高，每個(gè)數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)次數(shù)到達(dá)100k~1000k

詳細(xì)的測(cè)驗(yàn)條件和預(yù)算成果可參閱以下規(guī)范：MIT-STD-883EMethod1033

②數(shù)據(jù)堅(jiān)持力測(cè)驗(yàn)（DataRetentionTest）

意圖：在重復(fù)讀寫(xiě)之后加快非揮發(fā)性memory器材存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的電荷丟失

測(cè)驗(yàn)辦法：在高溫條件下將數(shù)據(jù)寫(xiě)入memory存儲(chǔ)單元后，多次讀取驗(yàn)證單元中的數(shù)據(jù)

測(cè)驗(yàn)條件：150℃

詳細(xì)的測(cè)驗(yàn)條件和預(yù)算成果可參閱以下規(guī)范：MIT-STD-883EMethod1008.2；MIT-STD-883EMethod1033

在了解上述的IC測(cè)驗(yàn)辦法之后，IC的規(guī)劃制作商就需求依據(jù)不必IC產(chǎn)品的功能，用處以及需求測(cè)驗(yàn)的意圖，挑選合適的測(cè)驗(yàn)辦法，最大限度的降低IC測(cè)驗(yàn)的時(shí)刻和本錢(qián)，從而有效操控IC產(chǎn)品的質(zhì)量和牢靠度。

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