IC產(chǎn)品的質(zhì)量與牢靠性測驗授權(quán)轉(zhuǎn)載自【2018.01.19AA探針臺閱讀5654】

質(zhì)量（Quality）和牢靠性（Reliability）在必定程度上能夠說是IC產(chǎn)品的生命。質(zhì)量（Quality）就是產(chǎn)品功能的丈量，它答復了一個產(chǎn)品是否契合規(guī)范（SPEC）的要求，是否契合各項功能指標的問題；牢靠性（Reliability）則是對產(chǎn)品耐久力的丈量，它答復了一個產(chǎn)品生命周期有多長，簡略說，它能用多久的問題。所以說質(zhì)量（Quality）處理的是現(xiàn)階段的問題，牢靠性（Reliability）處理的是一段時刻以后的問題。知道了兩者的差異，我們發(fā)現(xiàn)，Quality的問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)出來后，經(jīng)過簡略的測驗，就能夠知道產(chǎn)品的功能是否到達SPEC的要求，這種測驗在IC的規(guī)劃和制作單位就能夠進行。相對而言，Reliability的問題似乎就變的非常扎手，這個產(chǎn)品能用多久，誰會能確保今天產(chǎn)品能用，明天就必定能用？

為了處理這個問題，人們制定了各種各樣的規(guī)范，如:JESD22-A108-A、EIAJED-4701-D101，注：JEDEC（JointElectronDeviceEngineeringCouncil）電子設備工程聯(lián)合委員會，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，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的測驗辦法之前，我們先來認識一下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（BathtubCurve）來表示。

Region(I)被稱為早夭期（Infancyperiod）

這個階段產(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)進程中的缺點；

Region(II)被稱為運用期（Usefullifeperiod）

在這個階段產(chǎn)品的failurerate堅持穩(wěn)定，失效的原因往往是隨機的，比如溫度改變等等；

Region(III)被稱為磨耗期（Wear-Outperiod）

在這個階段failurerate會快速升高，失效的原因就是產(chǎn)品的長期運用所形成的老化等。

認識了典型IC產(chǎn)品的生命周期，我們就能夠看到，Reliability的問題就是要力求將處于早夭期failure的產(chǎn)品去除并預算其良率，預計產(chǎn)品的運用期，而且找到failure的原因，尤其是在IC出產(chǎn)，封裝，存儲等方面呈現(xiàn)的問題所形成的失效原因。

下面就是一些IC產(chǎn)品牢靠性等級測驗項目（ICProductLevelreliabilitytestitems）

一、運用壽命測驗項目（Lifetestitems）：EFR,OLT(HTOL),LTOL

①EFR:早期失效等級測驗（EarlyfailRateTest）

意圖：評價工藝的穩(wěn)定性，加快缺點失效率，去除因為天生原因失效的產(chǎn)品。

測驗條件：在特定時刻內(nèi)動態(tài)提升溫度和電壓對產(chǎn)品進行測驗

失效機制：資料或工藝的缺點，包含諸如氧化層缺點，金屬刻鍍，離子玷污等因為出產(chǎn)形成的失效。

詳細的測驗條件和預算成果可參閱以下規(guī)范：JESD22-A108-A;EIAJED-4701-D101。

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

意圖：評價器材在超熱和超電壓狀況下一段時刻的耐久力

測驗條件：125℃，1.1VCC,動態(tài)測驗

失效機制：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小時測驗經(jīng)過IC能夠確堅持續(xù)運用4年，2000小時測驗持續(xù)運用8年；

150℃1000小時測驗經(jīng)過確保運用8年，2000小時確保運用28年。

詳細的測驗條件和預算成果可參閱以下規(guī)范:MIT-STD-883EMethod1005.8;JESD22-A108-A;EIAJED-4701-D101。

二、環(huán)境測驗項目（Environmentaltestitems）

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

①PRE-CON:預處理測驗（PreconditionTest）

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

測驗流程（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（儲運時刻多久都沒關系）

-Level2:85℃/60%RHfor168hrs（儲運時刻一年左右）

-Level3:30℃/60%RHfor192hrs（儲運時刻一周左右）

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在回流工藝中因為濕度原因而過度脹大所導致的分層/裂紋

封裝破裂，分層

詳細的測驗條件和預算成果可參閱以下規(guī)范:JESD22-A113-D;EIAJED-4701-B101。

評價成果：八種耐濕潤分級和車間壽命(floorlife),請參閱J-STD-020。

注：對于6級，元件運用之前有必要經(jīng)過烘焙，而且有必要在濕潤靈敏注意標貼上所規(guī)則的時刻限定內(nèi)回流。

提示：濕度總是困擾在電子體系背面的一個難題。不管是在空氣流通的熱帶區(qū)域中，還是在濕潤的區(qū)域中運送，濕潤都是顯著添加電子工業(yè)開支的原因。因為濕潤靈敏性元件運用的添加，諸如薄的密距離元件(fine-pitchdevice)和球柵陣列(BGA,ballgridarray)，使得對這個失效機制的關注也添加了。基于此原因，電子制作商們有必要為預防潛在災難支付昂揚的開支。吸收到內(nèi)部的潮氣是半導體封裝最大的問題。當其固定到PCB板上時，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)部的濕潤會產(chǎn)生滿足的蒸汽壓力損害或毀壞元件。常見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)、金線焊接損害、芯片損害、和不會延伸到元件外表的內(nèi)部裂紋等。在一些極點的狀況中，裂紋會延伸到元件的外表；最嚴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，進行回流焊操作時，在180℃~200℃時少量的濕度是能夠接受的。然而，在230℃~260℃的范圍中的無鉛工藝里，任何濕度的存在都能夠形成滿足導致破壞封裝的小爆破（爆米花狀）或資料分層。有必要進行正確的封裝資料挑選、仔細操控的組裝環(huán)境和在運送中選用密封包裝及放置干燥劑等措施。實際上國外常常運用裝備有射頻標簽的濕度跟蹤體系、局部操控單元和專用軟件來顯現(xiàn)封裝、測驗流水線、運送/操作及組裝操作中的濕度操控。

②THB:加快式溫濕度及偏壓測驗（TemperatureHumidityBiasTest）

意圖：評價IC產(chǎn)品在高溫，高濕，偏壓條件下對濕氣的反抗能力，加快其失效進程。

測驗條件：85℃，85%RH,1.1VCC,Staticbias

失效機制：電解腐蝕

詳細的測驗條件和預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驗（HAST:HighlyAcceleratedStressTest）

意圖：評價IC產(chǎn)品在偏壓下高溫，高濕，高氣壓條件下對濕度的反抗能力，加快其失效進程。

測驗條件：130℃，85%RH,1.1VCC,Staticbias，2.3atm

失效機制：電離腐蝕，封裝密封性

詳細的測驗條件和預算成果可參閱以下規(guī)范：JESD22-A110

AuWireBallBondwithKirkendallVoiding

④PCT:高壓蒸煮實驗PressureCookTest(AutoclaveTest)

意圖：評價IC產(chǎn)品在高溫，高濕，高氣壓條件下對濕度的反抗能力，加快其失效進程。

測驗條件：130℃，85%RH,Staticbias，15PSIG（2atm）

失效機制：化學金屬腐蝕，封裝密封性

詳細的測驗條件和預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，實驗時刻能夠縮短，而PCT則不加偏壓，但濕度增大。

Bondpadcorrosion

⑤TCT:高低溫循環(huán)實驗（TemperatureCyclingTest）

意圖：評價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)過循環(huán)流動的空氣從高溫到低溫重復改變。

測驗條件：

ConditionB：-55℃to125℃

ConditionC：-65℃to150℃

失效機制：電介質(zhì)的開裂，導體和絕緣體的開裂，不同界面的分層

詳細的測驗條件和預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:高低溫沖擊實驗（ThermalShockTest）

意圖：評價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)過循環(huán)流動的液體從高溫到低溫重復改變。

測驗條件:

ConditionB：-55℃to125℃

ConditionC：-65℃to150℃

失效機制：電介質(zhì)的開裂，資料的老化（如bondwires）,導體機械變形

詳細的測驗條件和預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的測驗，而TST偏重于晶園的測驗

MetalcrackandmetalshiftafterthermalShock

⑦HTST:高溫貯存實驗（HighTemperatureStorageLifeTest）

意圖：評價IC產(chǎn)品在實際運用之前在高溫條件下堅持幾年不工作條件下的生命時刻。

測驗條件：150℃

失效機制：化學和分散效應，Au-Al共金效應

詳細的測驗條件和預算成果可參閱以下規(guī)范：MIT-STD-883EMethod1008.2；JESD22-A103-A；EIAJED-4701-B111

KirkendallVoid

⑧可焊性實驗（SolderabilityTest）

意圖：評價ICleads在粘錫進程中的牢靠度

測驗辦法：

Step1：蒸汽老化8小時

Step2：浸入245℃錫盆中5秒

失效規(guī)范（FailureCriterion）：至少95％良率

詳細的測驗條件和預算成果可參閱以下規(guī)范：MIT-STD-883EMethod2003.7；JESD22-B102。

poorsolderabilityofthepadsurface

⑨SHTTest:焊接熱量耐久測驗（SolderHeatResistivityTest）

意圖：評價IC對瞬間高溫的靈敏度

測驗辦法：侵入260℃錫盆中10秒

失效規(guī)范（FailureCriterion）：依據(jù)電測驗成果

詳細的測驗條件和預算成果可參閱以下規(guī)范:MIT-STD-883EMethod2003.7；EIAJED-4701-B106。

三、耐久性測驗項目（Endurancetestitems）

Endurancecyclingtest,Dataretentiontest

①周期耐久性測驗（EnduranceCyclingTest）

意圖：評價非揮發(fā)性memory器材在多次讀寫算后的持久功能

測驗辦法：將數(shù)據(jù)寫入memory的存儲單元，在擦除數(shù)據(jù)，重復這個進程多次

測驗條件：室溫，或者更高，每個數(shù)據(jù)的讀寫次數(shù)到達100k~1000k

詳細的測驗條件和預算成果可參閱以下規(guī)范：MIT-STD-883EMethod1033

②數(shù)據(jù)堅持力測驗（DataRetentionTest）

意圖：在重復讀寫之后加快非揮發(fā)性memory器材存儲節(jié)點的電荷丟失

測驗辦法：在高溫條件下將數(shù)據(jù)寫入memory存儲單元后，多次讀取驗證單元中的數(shù)據(jù)

測驗條件：150℃

詳細的測驗條件和預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測驗辦法之后，IC的規(guī)劃制作商就需求依據(jù)不必IC產(chǎn)品的功能，用處以及需求測驗的意圖，挑選合適的測驗辦法，最大限度的降低IC測驗的時刻和本錢，從而有效操控IC產(chǎn)品的質(zhì)量和牢靠度。

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