芯片可靠性測試

芯片可靠性測試質(zhì)量（Quality）和可靠性（Reliability）在一定程度上能夠說是IC產(chǎn)品生命，好品質(zhì)，長久耐力往往就是一顆優(yōu)異IC產(chǎn)品競爭力所在。在做產(chǎn)品驗證時我們往往會碰到三個問題，驗證什么，怎樣去驗證，哪里去驗證，這就是what,how,where問題了。

處理了這三個問題，質(zhì)量和可靠性就有了確保，制造商才能夠大量地將產(chǎn)品推向市場，客戶才能夠放心地使用產(chǎn)品。本文將現(xiàn)在較為流行測試方法加以簡單歸類和闡述，力爭達(dá)成拋磚引玉作用。

Quality就是產(chǎn)品性能測量，它回答了一個產(chǎn)品是否合乎SPEC要求，是否符合各項性能指標(biāo)問題；Reliability則是對產(chǎn)品耐久力測量，它回答了一個產(chǎn)品生命周期有多長，簡單說，它能用多久問題。所以說Quality處理是現(xiàn)階段問題，Reliability處理是一段時間以后問題。

知道了二者區(qū)分，我們發(fā)覺，Quality問題處理方法往往比較直接，設(shè)計和制造單位在產(chǎn)品生產(chǎn)出來后，經(jīng)過簡單測試，就能夠知道產(chǎn)品性能是否達(dá)成SPEC要求，這種測試在IC設(shè)計和制造單位就能夠進(jìn)行。相對而言，Reliability問題似乎就變十分棘手，這個產(chǎn)品能用多久，whoknows?誰會能確保今天產(chǎn)品能用，明天就一定能用？為了處理這個問題，人們制訂了各種各樣標(biāo)準(zhǔn)，如

MIT-STD-883EMethod1005.8

JESD22-A108-A

EIAJED-4701-D101等等，這些標(biāo)準(zhǔn)林林總總，方方面面，都是建立在長久以來IC設(shè)計，制造和使用經(jīng)驗基礎(chǔ)上，要求了IC測試條件，如溫度，濕度，電壓，偏壓，測試方法等，取得標(biāo)準(zhǔn)測試結(jié)果。這些標(biāo)準(zhǔn)制訂使得IC測試變得不再盲目，變得有章可循，有法可依，從而很好處理what，how問題。而Where問題，因為Reliability測試需要專業(yè)設(shè)備，專業(yè)器材和較長時間，這就需要專業(yè)測試單位。這種單位提供專業(yè)測試機臺，而且依照國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，提供給客戶完備測試匯報，而且力爭準(zhǔn)確回答Reliability問題在簡單介紹一些現(xiàn)在較為流行Reliability測試方法之前，我們先來認(rèn)識一下IC產(chǎn)品生命周期。經(jīng)典IC產(chǎn)品生命周期能夠用一條浴缸曲線（BathtubCurve）來表示，如圖所表示

Region(I)被稱為早夭期（Infancyperiod）。這個階段產(chǎn)品failurerate快速下降，造成失效原因在于IC設(shè)計和生產(chǎn)過程中缺點；Region(II)被稱為使用期（Usefullifeperiod）。在這個階段產(chǎn)品failurerate保持穩(wěn)定，失效原因往往是隨機，比如EOS，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，失效原因就是產(chǎn)品長久使用所造成老化等。

認(rèn)識了經(jīng)典IC產(chǎn)品生命周期，我們就能夠看到，Reliability問題就是要力圖將處于早夭期failure產(chǎn)品去除并估算其良率，預(yù)計產(chǎn)品使用期，而且找到failure原因，尤其是在IC生產(chǎn)，封裝，存放等方面出現(xiàn)問題所造成失效原因。

下面就是一些ICProductLevelreliabilitytestitems>RobustnesstestitemsESD,Latch-up

對于Robustnesstestitems聽到ESD，Latch-up問題，有很多精彩說明，這里就不再錦上添花了。下面詳細(xì)介紹其余測試方法。>Lifetestitems

EFR,OLT(HTOL),LTOL

EFR:

EarlyfailRateTestPurpose:

評定工藝穩(wěn)定性，加速缺點失效率，去除因為天生原因失效產(chǎn)品。Testcondition:

在特定時間內(nèi)動態(tài)提升溫度和電壓對產(chǎn)品進(jìn)行測試FailureMechanisms：材料或工藝缺點包含諸如氧化層缺點，金屬刻鍍，離子玷污等因為生產(chǎn)造成失效Reference：詳細(xì)測試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn)

MIT-STD-883EMethod1015.9

JESD22-A108-A

EIAJED-4701-D101

HTOL/LTOL：High/LowTemperatureOperatingLifePurpose:

評定器件在超熱和超電壓情況下一段時間耐久力Testcondition:

125?C，1.1VCC,動態(tài)測試FailureMechanisms：電子遷移，氧化層破裂，相互擴散，不穩(wěn)定性，離子玷污等

Reference：

簡單標(biāo)準(zhǔn)以下表所表示，125?C條件下1000小時測試經(jīng)過IC能夠確保連續(xù)使用4年，小時測試連續(xù)使用8年；150?C測試確保使用8年，小時確保使用28年。

125?C

150?C

1000hrs

4years

8

years

hrs

8years

28years

詳細(xì)測試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn)

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:模擬IC在使用之前在一定濕度，溫度條件下存放耐久力，也就是IC從生產(chǎn)到使用之間存放可靠性。

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（多久都沒關(guān)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:封裝破裂，分層

Reference：詳細(xì)測試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn)

JESD22-A113-D

EIAJED-4701-B101

THB:

TemperatureHumidityBiasTest

Purpose:評定IC產(chǎn)品在高溫，高壓，偏壓條件下對濕氣抵抗能力，加速其失效進(jìn)程

Testcondition:85?C，85%RH,1.1VCC,Staticbias

FailureMechanisms：電解腐蝕

Reference：詳細(xì)測試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn)

JESD22-A101-D

EIAJED-4701-D122

HAST:

HighlyAcceleratedStressTest

Purpose:

評定IC產(chǎn)品在偏壓下高溫，高濕，高氣壓條件下對濕度抵抗能力，加速其失效過程

Testcondition:

130?C，85%RH,1.1VCC,Staticbias，2.3atm

FailureMechanisms：電離腐蝕，封裝密封性

Reference：詳細(xì)測試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn)

JESD22-A110

PCT:

PressureCookTest(AutoclaveTest)

Purpose:

評定IC產(chǎn)品在高溫，高濕，高氣壓條件下對濕度抵抗能力，加速其失效過程

Testcondition:

130?C，85%RH,Staticbias，15PSIG（2atm）

FailureMechanisms：化學(xué)金屬腐蝕，封裝密封性

Reference：詳細(xì)測試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn)

JESD22-A102

EIAJED-4701-B123

*HAST與THB區(qū)分在于溫度更高，而且考慮到壓力原因，試驗時間能夠縮短，而PCT則不加偏壓，但濕度增大。

TCT:

TemperatureCyclingTest

Purpose:

評定IC產(chǎn)品中具備不一樣熱膨脹系數(shù)金屬之間界面接觸良

率。方法是經(jīng)過循環(huán)流動空氣從高溫到低溫重復(fù)改變。

Testcondition:

ConditionB:-55?Cto125?C

ConditionC:-65?Cto150?C

FailureMechanisms：電介質(zhì)斷裂，導(dǎo)體和絕緣體斷裂，不一樣界面分層

Reference：詳細(xì)測試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn)

MIT-STD-883EMethod1010.7

JESD22-A104-A

EIAJED-4701-B-131

TST:

ThermalShockTest

Purpose:

評定IC產(chǎn)品中具備不一樣熱膨脹系數(shù)金屬之間界面接觸良

率。方法是經(jīng)過循環(huán)流動液體從高溫到低溫重復(fù)改變。

Testcondition:

ConditionB:-55?Cto125?C

ConditionC:-65?Cto150?C

FailureMechanisms：電介質(zhì)斷裂，材料老化（如bondwires）,導(dǎo)體機

械變形

Reference：詳細(xì)測試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn)

MIT-STD-883EMethod1011.9

JESD22-B106

EIAJED-4701-B-141

*TCT與TST區(qū)分在于TCT偏重于package測試，而TST偏重于晶園測

試

HTST:HighTemperatureStorageLifeTest

Purpose:

評定IC產(chǎn)品在實際使用之前在高溫條件下保持幾年不工作條件

下生命時間。

Testcondition:

150?C

FailureMechanisms：化學(xué)和擴散效應(yīng)，Au-Al共金效應(yīng)

Reference：詳細(xì)測試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn)

MIT-STD-883EMethod1008.2

JESD22-A103-A

EIAJED-4701-B111

SolderabilityTest

Purpose:

評定ICleads在粘錫過程中可考度

TestMethod:

1.蒸汽老化8小時

2.侵入245?C錫盆中5秒

FailureCriterion：最少95％良率

Reference：詳細(xì)測試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn)

MIT-STD-883EMethod.7

JESD22-B102

SHTTest:

SolderHeatResistivityTest

Purpose:

評定IC對瞬間高溫敏感度

TestMethod:

侵入260?C錫盆中10秒

FailureCriterion：依照電測試結(jié)果

Reference：詳細(xì)測試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn)

MIT-STD-883EMethod.7

EIAJED-4701-B106

>Endurancetestitems

Endurancecyclingtest,Dataretentiontest

EnduranceCyclingTest

Purpose:

評定非揮發(fā)性memory器件在數(shù)次讀寫算后持久性能

TestMethod:

將數(shù)據(jù)寫入memory存放單元，在擦除數(shù)據(jù)，重復(fù)這個過

程數(shù)次

Testcondition:室溫，或者更高，每個數(shù)據(jù)讀寫次數(shù)達(dá)成100k~1000k

Reference：詳細(xì)測試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn)

MIT-STD-883EMethod1033

DataRetentionTest

Purpose:在重復(fù)讀寫之后加速非揮發(fā)性memory器件存放節(jié)點電荷損失

Testcondition:

在高溫條件下將數(shù)據(jù)寫入memory存放單元后，數(shù)次讀取驗

證單元中數(shù)據(jù)

FailureMechanisms：150?C

Reference：詳細(xì)測試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn)

MIT-STD-883EMethod1008.2

MIT-STD-883EMethod1033

在了解上述IC測試方法之后，IC設(shè)計制造商就需要依照不用IC產(chǎn)品

性能，用途以及需要測試目標(biāo)，選擇適宜測試方法，最大程度降低IC測

試時間和成本，從而有效控制IC產(chǎn)品質(zhì)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.

4)BenchTesting.VerifytheelectricaltestresultsbybenchtestingtoensurethatallATEfailuresarenotduetocontactissuesonly.Theidealcaseisforthecustomer'sreportedfailuremode,ATEresults,andbenchtestresultstobeconsistentwitheachother.

5)CurveTracing.

Performcurvetracingtoidentifywhichpinsexhibitcurrent/voltage(I/V)anomalies.

TheobjectiveofcurvetracingistolookforopenorshortedpinsandpinswithabnormalI/Vcharacteristics(excessiveleakage,abnormalbreakdownvoltages,etc.).

FAmaythenbefocusedoncircuitsinvolvingtheseanomalouspins.Dynamiccurvetracing,whereintheunitispoweredupwhileundergoingcurvetracing,maybeperformedifstaticcurvetracingdoesnotrevealanyanomalies.

6)X-rayInspection.

Performx-rayinspectiontolookforinternalpackageanomaliessuchasbrokenwires,missingwires,incorrectormissingdie,excessivedieattachvoids,etc,withouthavingtoopenthepackage.

Xrayinspectionresultsmustbeconsistentwithcurvetraceresults,e.g.,ifx-rayinspectionrevealedabrokenwireatapin,thencurvetracingshouldrevealthatpintobeopen.

7)CSAM.

PerformCSAMonplasticpackagestodetermineifthesampleshaveanyinternaldelaminationsthatmayleadtootherfailureattributessuchascorrosion,brokenwires,andliftedbonds.

8)Decapsulation.

Onceallthenon-destructivestepssuchasthoseabovehavebeencompleted,thesamplesmaybesubjectedtodecapsulationtoexposethedieandotherinternalfeaturesofthedeviceforfurtherFA.

9)InternalVisualInspection.

Performinternalvisualinspectionafterdecap.

Thisisusuallydoneusingalow-powermicroscopeandahigh-powermicroscope,proceedingfromlowmagnificationtohigherones.Lookforwire/bondanomalies,diecracks,wireanddiecorrosion,diescratches,EOS/ESDsites,fabdefects,andthelike.

SEMinspectionmaybeneededinsomeinstances.

10)HotSpotDetection.

Ifcurve