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IC产品的质量与可靠性测试

时间:2018-01-14 16:46来源:http://www.ictest8.com 作者:ictest8_edit 点击:

质量(Quality)和可靠性(Reliability)在一定程度上可以说是IC产品的生命。质量(Quality)就是产品性能的测量,它回答了一个产品是否合乎规格(SPEC)的要求,是否符合各项性能指标的问题;可靠性(Reliability)则是对产品耐久力的测量,它回答了一个产品生命周期有多长,简单说,它能用多久的问题。所以说质量(Quality)解决的是现阶段的问题,可靠性(Reliability)解决的是一段时间以后的问题。知道了两者的区别,我们发现,Quality的问题解决方法往往比较直接,设计和制造单位在产品生产出来后,通过简单的测试,就可以知道产品的性能是否达到SPEC的要求,这种测试在IC的设计和制造单位就可以进行。相对而言,Reliability的问题似乎就变的十分棘手,这个产品能用多久,谁会能保证今天产品能用,明天就一定能用?

为了解决这个问题,人们制定了各种各样的标准,如: JESD22-A108-A、EIAJED- 4701-D101,注:JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)电子设备工程联合委员会,著名国际电子行业标准化组织之一;EIAJED:日本电子工业协会,著名国际电子行业标准化组织之一。

在介绍一些目前较为流行的Reliability的测试方法之前,我们先来认识一下IC产品的生命周期。典型的IC产品的生命周期可以用一条浴缸曲线(Bathtub Curve)来表示。

  • Region (I) 被称为早夭期(Infancy period)

这个阶段产品的 failure rate 快速下降,造成失效的原因在于IC设计和生产过程中的缺陷;

  • Region (II) 被称为使用期(Useful life period)

在这个阶段产品的failure rate保持稳定,失效的原因往往是随机的,比如温度变化等等;

  • Region (III) 被称为磨耗期(Wear-Out period)

在这个阶段failure rate 会快速升高,失效的原因就是产品的长期使用所造成的老化等。 

认识了典型IC产品的生命周期,我们就可以看到,Reliability的问题就是要力图将处于早夭期failure的产品去除并估算其良率,预计产品的使用期,并且找到failure的原因,尤其是在IC生产,封装,存储等方面出现的问题所造成的失效原因。 

下面就是一些 IC产品可靠性等级测试项目(IC Product Level reliability test items )

一、使用寿命测试项目(Life test items):EFR, OLT (HTOL), LTOL 

①EFR:早期失效等级测试( Early fail Rate Test )

目的:评估工艺的稳定性,加速缺陷失效率,去除由于天生原因失效的产品。 

测试条件: 在特定时间内动态提升温度和电压对产品进行测试 

失效机制:材料或工艺的缺陷,包括诸如氧化层缺陷,金属刻镀,离子玷污等由于生产造成的失效。

具体的测试条件和估算结果可参考以下标准:JESD22-A108-A ;EIAJED- 4701-D101 。

②HTOL/ LTOL:高/低温操作生命期试验(High/ Low Temperature Operating Life )

目的:评估器件在超热和超电压情况下一段时间的耐久力 

测试条件:125℃,1.1VCC, 动态测试 

失效机制:电子迁移,氧化层破裂,相互扩散,不稳定性,离子玷污等 

参考标准: 

125℃条件下1000小时测试通过IC可以保证持续使用4年,2000小时测试持续使用8年;

150℃ 1000小时测试通过保证使用8年,2000小时保证使用28年。

具体的测试条件和估算结果可参考以下标准 :MIT-STD-883E Method 1005.8 ;JESD22-A108-A ;EIAJED- 4701-D101 。

二、环境测试项目(Environmental test items) 

PRE-CON, THB, HAST, PCT, TCT, TST, HTST, Solderability Test, Solder Heat Test 

①PRE-CON:预处理测试( Precondition Test )

目的:模拟IC在使用之前在一定湿度,温度条件下存储的耐久力,也就是IC从生产到使用之间存储的可靠性。 

测试流程(Test Flow):

Step 1:超声扫描仪 SAM (Scanning Acoustic Microscopy) 

Step 2: 高低温循环(Temperature cycling )

-40℃(or lower) ~ 60℃(or higher) for 5 cycles to simulate shipping conditions 

Step 3:烘烤( Baking )

At minimum 125℃ for 24 hours to remove all moisture from the package 

Step 4:浸泡(Soaking )

Using one of following soak conditions 

-Level 1: 85℃ / 85%RH for 168 hrs (储运时间多久都没关系) 

-Level 2: 85℃ / 60%RH for 168 hrs (储运时间一年左右) 

-Level 3: 30℃ / 60%RH for 192 hrs (储运时间一周左右)

Step5:Reflow (回流焊)

240℃ (- 5℃) / 225℃ (-5℃) for 3 times (Pb-Sn) 

245℃ (- 5℃) / 250℃ (-5℃) for 3 times (Lead-free) 

* choose according the package size 

Step6:超声扫描仪 SAM (Scanning Acoustic Microscopy)