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可靠性試驗（高低溫可靠性試驗）-四川成都宏展
可靠性試驗
可靠性評估分析的意義
可靠性（Reliability）則是對產品耐久力的測量, 我們主要 典型的IC產品的生命周期可以用一條浴缸曲線（Bathtub Curve）來表示。
如上圖示意, 集成電路得失效原因大致分為三個階段:
可靠性試驗（高低溫可靠性試驗）Region (I) 被稱為早夭期（Infancy period）, 這個階段產品的失效率快速下降，造成失效的原因在于IC設計和生產過程中的缺陷；
Region (II) 被稱為使用期（Useful life period）, 這個階段產品的失效率保持穩定，失效的原因往往是隨機的，比如溫度變化等等；
Region (III) 被稱為磨耗期（Wear-Out period） 這個階段產品的失效率會快速升高，失效的原因就是產品的長期使用所造成的老化等。
·級器件老化篩選
·元器件壽命試驗
·ESD等級、Latch_up測試評價
·高低溫性能分析試驗
·集成電路微缺陷分析
·封裝缺陷無損檢測及分析
·電遷移、熱載流子評價分析
根據試驗等級分為如下幾類:
一、使用壽命測試項目（Life test items）：EFR, OLT (HTOL), LTOL
①EFR:早期失效等級測試（ Early fail Rate Test ）
目的: 評估工藝的穩定性，加速缺陷失效率，去除由于天生原因失效的產品。
測試條件: 在特定時間內動態提升溫度和電壓對產品進行測試
失效機制：材料或工藝的缺陷，包括諸如氧化層缺陷，金屬刻鍍，離子玷污等由于生產造成的 失效。
參考標準：
JESD22-A108-A
EIAJED- 4701-D101
②HTOL/ LTOL：高/低溫操作生命期試驗（High/ Low Temperature Operating Life ）
目的: 評估器件在超熱和超電壓情況下一段時間的耐久力
測試條件: 125℃，1.1VCC, 動態測試
失效機制：電子遷移，氧化層破裂，相互擴散，不穩定性，離子玷污等
參考數據：
125℃條件下1000小時測試通過IC可以保證持續使用4年，2000小時測試持續使用8年；150℃ 1000小時測試通過保證使用8年，2000小時保證使用28年。
參考標準:
MIT-STD-883E Method 1005.8
JESD22-A108-A
EIAJED- 4701-D101
二、環境測試項目（Environmental test items）
PRE-CON, THB, HAST, PCT, TCT, TST, HTST, Solderability Test, Solder Heat Test
①PRE-CON:預處理測試（ Precondition Test ）
目的: 模擬IC在使用之前在一定濕度，溫度條件下存儲的耐久力，也就是IC從生產到使用之間存儲的可靠性。
②THB: 加速式溫濕度及偏壓測試（Temperature Humidity Bias Test ）
目的: 評估IC產品在高溫，高濕，偏壓條件下對濕氣的抵抗能力，加速其失效進程
測試條件: 85℃，85%RH, 1.1 VCC, Static bias
失效機制：電解腐蝕
參考標準:
JESD22-A101-D
EIAJED- 4701-D122
③高加速溫濕度及偏壓測試（HAST: Highly Accelerated Stress Test ）
目的: 評估IC產品在偏壓下高溫，高濕，高氣壓條件下對濕度的抵抗能力，加速其失效過程
測試條件: 130℃， 85%RH, 1.1 VCC, Static bias，2.3 atm
失效機制：電離腐蝕，封裝密封性
參考標準:
JESD22-A110
④PCT:高壓蒸煮試驗 Pressure Cook Test (Autoclave Test)
目的: 評估IC產品在高溫，高濕，高氣壓條件下對濕度的抵抗能力，加速其失效過程
測試條件: 130℃， 85%RH, Static bias，15PSIG（2 atm）
失效機制：化學金屬腐蝕，封裝密封性
參考標準:
JESD22-A102
EIAJED- 4701-B123
*HAST與THB的區別在于溫度更高，并且考慮到壓力因素，實驗時間可以縮短，而PCT則不加偏壓，但濕度增大。
⑤TCT: 高低溫循環試驗（Temperature Cycling Test ）
目的: 評估IC產品中具有不同熱膨脹系數的金屬之間的界面的接觸良率。方法是通過循環流動的空氣從高溫到低溫重復變化。
測試條件:
Condition B:-55℃ to 125℃
Condition C: -65℃ to 150℃
失效機制：電介質的斷裂，導體和絕緣體的斷裂，不同界面的分層
參考標準:
MIT-STD-883E Method 1010.7
JESD22-A104-A
EIAJED- 4701-B-131
⑥TST: 高低溫沖擊試驗（Thermal Shock Test ）
目的: 評估IC產品中具有不同熱膨脹系數的金屬之間的界面的接觸良率。方法是通過循環流動的液體從高溫到低溫重復變化。
測試條件:
Condition B: - 55℃ to 125℃
Condition C: - 65℃ to 150℃
失效機制：電介質的斷裂，材料的老化（如bond wires）, 導體機械變形
參考標準：
MIT-STD-883E Method 1011.9
JESD22-B106
EIAJED- 4701-B-141
* TCT與TST的區別在于TCT偏重于package 的測試，而TST偏重于晶園的測試
⑦HTST: 高溫儲存試驗（High Temperature Storage Life Test ）
目的: 評估IC產品在實際使用之前在高溫條件下保持幾年不工作條件下的生命時間。
測試條件: 150℃
失效機制：化學和擴散效應，Au-Al 共金效應
參考標準:
MIT-STD-883E Method 1008.2
JESD22-A103-A
EIAJED- 4701-B111
⑧可焊性試驗（Solderability Test ）
目的: 評估IC leads在粘錫過程中的可靠度
可靠性試驗（高低溫可靠性試驗）測試方法:
Step1：蒸汽老化8 小時
Step2：浸入245℃錫盆中 5秒
失效標準（Failure Criterion）：至少95％良率
具體的測試條件和估算結果可參考以下標準
MIT-STD-883E Method 2003.7
JESD22-B102
⑨SHT Test:焊接熱量耐久測試（ Solder Heat Resistivity Test ）
目的: 評估IC 對瞬間高溫的敏感度
測試方法: 侵入260℃ 錫盆中10秒
失效標準（Failure Criterion）：根據電測試結果
具體的測試條件和估算結果可參考以下標準
MIT-STD-883E Method 2003.7
EIAJED- 4701-B106
三、耐久性測試項目（Endurance test items ）
Endurance cycling test, Data retention test
①周期耐久性測試（Endurance Cycling Test ）
目的: 評估非揮發性memory器件在多次讀寫算后的持久性能
Test Method: 將數據寫入memory的存儲單元，在擦除數據，重復這個過程多次
測試條件: 室溫，或者更高，每個數據的讀寫次數達到100k~1000k
參考標準:
MIT-STD-883E Method 1033
②數據保持力測試（Data Retention Test）
目的: 在重復讀寫之后加速非揮發性memory器件存儲節點的電荷損失
測試條件: 在高溫條件下將數據寫入memory存儲單元后，多次讀取驗證單元中的數據
失效機制：150℃
參考標準：
MIT-STD-883E Method 1008.2
MIT-STD-883E Method 1033
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