可靠性測試及失效分析介紹

1IC可靠性測試及失效分析介紹

大綱可靠性定義IC可靠性驗證及失效分析流程常見IC可靠性測試項目及設(shè)備常用IC檢測手段及失效分析工具2

可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。

DesignQualitySupplierQualityMfgQualityProductQualityInfrastructureQualityReliability*Mfg=Manufacturing可靠性定義電子零件可靠性驗證及失效分析流程元件失效現(xiàn)象記錄聲學(xué)掃描X-Ray探測電性故障確認、隔離建立可能的失效模式封裝可靠性驗證環(huán)境試驗溫度濕度冷熱沖擊高溫烘烤加偏置電壓無偏置電壓電性測試功能驗證腳對腳數(shù)據(jù)檢驗元件封裝開蓋抗靜電等級、閂鎖測試光學(xué)觀察電子顯微鏡可見的失效模式電性針測數(shù)據(jù)檢驗電子顯微鏡能譜分析俄歇分析聚焦離子束穿透電子顯微鏡不可見的失效模式聚焦離子束微光熱點定位液晶熱點定位電性針測保護層、金屬層去除電子顯微鏡觀察提出最終失效分析報告集成電路失效分析流程功能

無損探測

集成電路封裝內(nèi)部缺陷分析

溫濕度敏感等級驗證

時序分析

信號完整性分析

失效分析之電性分析板上高低溫環(huán)境下之功能驗證

溫度特性分析

預(yù)前期處理

操作壽命測試

溫濕度試驗

溫度循環(huán)/沖擊試驗

儀器/設(shè)備

掃描聲學(xué)顯微鏡

項目封裝內(nèi)部缺陷分析電性參數(shù)測試與失效分析高低溫環(huán)境下功能驗證可靠性測試電子零件測試項目色階比對分析軟體精密溫度控制系統(tǒng)數(shù)字熒光示波器

/邏輯分析儀

/數(shù)字信號發(fā)生器/直流電源/萬用表高溫烤箱恒溫恒濕試驗箱溫度沖擊試驗箱紅外加熱回流焊IC可靠性測試項目—晶圓工藝1.高/低溫操作壽命（OLT--High/LowTemperatureOperatingLife）

目的：考核產(chǎn)品在規(guī)定條件下全工作時間內(nèi)的可靠性，發(fā)現(xiàn)熱/電壓加速

失效機理，預(yù)估長期工作的失效率。

條件(步驟)：125℃（或使結(jié)溫等於額定值），Vddmax,168hrs（消除早期失效元件，把元件帶到隨機失效區(qū)）1000hrs（進入有用壽命期，試驗時間長短對應(yīng)有用壽命期長短）。

失效機理：高溫下晶圓表面和內(nèi)部的雜質(zhì)加速反應(yīng)，缺陷進一步生長，使器件性能退化。可動離子聚集導(dǎo)致的表面溝道漏電，結(jié)特性退化，電場加速介質(zhì)擊穿，高溫加速電遷移等。 對大功率器件，可採用常溫功率負荷的方式使結(jié)溫達到額定值。檢驗電遷移問題，採用大電流高溫加速。ElectronicComponentandModuleFALab.HighTemp.OvenBakeWithbiasWithoutbiasFeature:Temp.Range:Ambient~300℃Resolution:±0.3℃airtoair

For:OperationLifeTestHighTemp.StorageTestControlPanelPackageReliabilityVerifyIC可靠性測試項目—封裝1.表面貼裝器件的預(yù)處理（Precondition）

目的：類比表面貼裝器件被運輸/儲存/再流焊到PCB上的過程

條件(步驟)：1.T/C(-40℃~60℃，5cycles，模擬空運)2.Bake（125℃，24hrs，去除濕氣)

3.MoistureSoak(模擬打開防潮包裝後的儲存,條件由MSL定

1:

85℃/85%RH，168hrs；

2:85℃/60%RH，168hrs…)

4.Reflow(3cycles，模擬回流焊，條件與是否無鉛工藝/塑封大

小有關(guān)

)5.C-SAM

失效機理：因聚集在塑封體內(nèi)各介面的水汽在表面貼裝過程中迅速膨脹

及材料的不匹配而導(dǎo)致介面分層或塑封體開裂，影響產(chǎn)品可

靠性，嚴重時可導(dǎo)致開路。ElectronicComponentandModuleFALab.Step1:C-SAMInspectionPre-conditionStep2:Temp.CyclingStep3:HighTemp.BakeStep4:SoakStep5:IRReflowStep6:C-SAMCheckPackageReliabilityVerifyIC可靠性測試項目--封裝Precondition失效現(xiàn)象

DelaminationPackageCrackIC可靠性測試項目--封裝2.溫度循環(huán)/衝擊(TCT，TST)失效現(xiàn)象MetalOpenBallLiftElectronicComponentandModuleFALab.PackageReliabilityVerifyTemp.&Humi.TesterEnvironmentalTHTTCTThermalShockTesterFeature:Temp.Range:﹕-40℃~150℃Humi.Range:﹕0~98%RHResolution:0.01℃/0.1%RHFor:HighTemp.&HumidityTestwithoutbiasHighTemp.&HumidityTestwithbiasFor:Temp.ShockTestTemp.cyclingTestFeature:LowTemp.:0℃~-55℃HighTemp.:60℃~150℃TransferTime:within5Min.Temp.ProfileIC可靠性測試項目--封裝3.高溫蒸煮(PressureCookerTest/Autoclave)

目的：檢驗器件抵抗水汽侵入及腐蝕的能力，不包括外部腐蝕。

條件(步驟)：121℃/100%RH，205kPa（2atm），168hrs

失效機理：濕氣通過塑封體及各介面被吸入並到達晶片表面,在鍵合區(qū)形成原電池而加速鋁的腐蝕。另外，水汽帶入的雜質(zhì)在器件表面形成漏電通道。鋁墊腐蝕IC可靠性測試項目--封裝4.高溫高濕/高加速高溫高濕—(THT/HASTTemp.&Humidity/HighAcceleratedStressTest)

目的：模擬非密封器件在高溫高濕環(huán)境下工作，檢驗塑封產(chǎn)品抗水汽侵入並腐蝕的能力。

條件(步驟)：THT--85℃/85%RH,bias,1000hrs

HAST--130℃/85%RH/2atm,bias,100hrs。

失效機理：相對高壓蒸煮，偏置電壓在潮濕的晶片表面加速了鋁線及鍵合區(qū)的電化學(xué)腐蝕。同時，水汽帶入的雜質(zhì)及塑封體內(nèi)的雜質(zhì)在電應(yīng)力作用下聚集在鍵合區(qū)附近和塑封體內(nèi)引腳之間而形成漏電通道。24hrsHAST≈1000hrsTHT。

LifeTest(Burn-in)machine

ReliabilityTestMachineEvaluateproductlifewithbiasEvaluateproductdurabilityatspecifiedtemperatureandhumidityTemperatureandHumiditymachine----20oC~100oC,20%~98%RHReliabilityTestMachineOven,Refrigerator----200oCMax,-60oCMinEvaluateproductdurabilityathigh,lowtemperatureReliabilityTestMachineThermalCycling,Shockmachine-----80oC~220oCEvaluateproductresistanceunderspecifiedthermalstressIR-ReflowReliabilityTestMachine

EvaluatesolderingheatresistancethroughIRre-flow

PressureCooker----30PSIEvaluateproductdurabilityathighpressure19ESD(ElectrostaticDischarge)目的：此類實驗評估IC在運輸或裝配過程中，或正常操作下可能受靜電破壞,評估IC對靜電破壞承受能力的測試實驗條件：HBM:1.5KΩ,100PF/MM:200PFZaptyp:AllpintoGND&PowerPin-to-Pin

VDD-to-VssSampleSize:6pcs,(HBM3pcs,MM3pcs)設(shè)備：Zap

MasterMK2檢測標準：JESD22A-114/JESD22A-115,電性測試與I-V均pass20ESD(ElectrostaticDischarge)目的：此類實驗評估IC在運輸或裝配過程中，或正常操作下可能受靜電破壞,評估IC對靜電破壞承受能力的測試實驗條件：Field-InducedCharged-DeviceModelDischargetyp:AllpintoGNDSampleSize:3pcs設(shè)備：RCDM3檢測標準：JEDECEIA/JESD22-C101-B,ESDASTM5.3.1電性測試pass失效分析定義：對電子元器件失效原因的診斷過程叫失效分析。進行失效分析往往需要進行電測量并採用先進的物理、冶金及化學(xué)的分析手段。失效分析的目的：確定失效模式和失效機理，提出糾正措施，防止這種失效模式和失效機理的重複出現(xiàn)。失效模式是指觀察到的失效現(xiàn)象、失效形式，如開路、短路、參數(shù)漂移、功能失效等。失效機理是指失效的物理化學(xué)過程，如疲勞、腐蝕和過應(yīng)力等。2122常用檢測手段（1）23常用檢測手段（2）24常用檢測手段（3）25常用檢測手段（4）26常用檢測手段（4）27常用檢測手段（5）28常用檢測手段（6）29常用樣品製備手段30常用檢測分析工具（1）OpticalMicroscope

10-4mm/inch;~2500XProfileProjector10-4mm;~50XOpticalMicroscopeCamera~63XThreeDimensionProject10-4mm/inch

~180X

常用檢測分析工具（1）32常用檢測分析工具（2）Curvetracer370B

功能:通過調(diào)整可控的輸入電壓電流值,並檢測通過元件後輸出端的電壓以及電流值,以確定元件的電性參數(shù).

用途:測試Diode,BJT,MOSFET,JEFT等Discrete元件的基本電性參數(shù)如:二極管的正反向