IC-Quality

IC产品的质量与可靠性测试(ICQuality&ReliabilityTest)质量（Quality）和可靠性（Reliability）在一定程度上可以说是IC产品的生命，好的品质，长久的耐力往往就是一颗优秀IC产品的竞争力所在。在做产品验证时我们往往会遇到三个问题，验证什么，如何去验证，哪里去验证，这就是what,how,where的问题了。解决了这三个问题，质量和可靠性就有了保证，制造商才可以大量地将产品推向市场，客户才可以放心地使用产品。现将目前较为流行的测试方法加以简单归类和阐述，力求达到抛砖引玉的作用。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，whoknows?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-AEIAJED-4701-D101注：JEDEC（JointElectronDeviceEngineeringCouncil）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。等等，这些标准林林总总，方方面面，都是建立在长久以来IC设计，制造和使用的经验的基础上，规定了IC测试的条件，如温度，湿度，电压，偏压，测试方法等，获得标准的测试结果。这些标准的制定使得IC测试变得不再盲目，变得有章可循，有法可依，从而很好的解决的what，how的问题。而Where的问题，由于Reliability的测试需要专业的设备，专业的器材和较长的时间，这就需要专业的测试单位。这种单位提供专业的测试机台，并且根据国际标准进行测试，提供给客户完备的测试报告，并且力求准确的回答Reliability的问题.在简单的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（BathtubCurve）来表示。ⅠⅡⅢRegion(I)被称为早夭期（Infancyperiod）这个阶段产品的failurerate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（Usefullifeperiod）在这个阶段产品的failurerate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-Outperiod）在这个阶段failurerate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（ICProductLevelreliabilitytestitems）一、使用寿命测试项目（Lifetestitems）：EFR,OLT(HTOL),LTOL①EFR:早期失效等级测试（EarlyfailRateTest）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-AEIAJED-4701-D101②HTOL/LTOL：高/低温操作生命期试验（High/LowTemperatureOperatingLife）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-883EMethod1005.8JESD22-A108-AEIAJED-4701-D101二、环境测试项目（Environmentaltestitems）PRE-CON,THB,HAST,PCT,TCT,TST,HTST,SolderabilityTest,SolderHeatTest①PRE-CON:预处理测试（PreconditionTest）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（TestFlow）:Step1:超声扫描仪SAM(ScanningAcousticMicroscopy)Step2:高低温循环（Temperaturecycling）-40(orlower)~60(orhigher)for5cyclestosimulate℃℃shippingconditionsStep3:烘烤（Baking）Atminimum125for24hourstoremoveallmoisturefromthe℃packageStep4:浸泡（Soaking）Usingoneoffollowingsoakconditions-Level1:85℃/85%RHfor168hrs（储运时间多久都没关系）-Level2:85/60%RHfor℃168hrs（储运时间一年左右）-Level3:30℃/60%RHfor192hrs（储运时间一周左右）Step5:Reflow（回流焊）240(℃-5)/225(℃℃-5)for3times(Pb℃-Sn)245(℃-5)/250(℃℃-5)for3times(Lead℃-free)*chooseaccordingthepackagesizeStep6：超声扫描仪SAM(ScanningAcousticMicroscopy)红色和黄色区域显示BGA在回流工艺中由于湿度原因而过度膨胀所导致的分层/裂纹。失效机制:封装破裂，分层具体的测试条件和估算结果可参考以下标准JESD22-A113-DEIAJED-4701-B101评估结果：八种耐潮湿分级和车间寿命(floorlife)请参阅J-STD-020。•1级-小于或等于30°C/85%RH无限车间寿命•2级-小于或等于30°C/60%RH一年车间寿命•2a级-小于或等于30°C/60%RH四周车间寿命•3级-小于或等于30°C/60%RH168小时车间寿命•4级-小于或等于30°C/60%RH72小时车间寿命•5级-小于或等于30°C/60%RH48小时车间寿命•5a级-小于或等于30°C/60%RH24小时车间寿命•6级-小于或等于30°C/60%RH72小时车间寿命(对于6级，元件使用之前必须经过烘焙，并且必须在潮湿敏感注意标贴上所规定的时间限定内回流。)提示：湿度总是困扰在电子系统背后的一个难题。不管是在空气流通的热带区域中，还是在潮湿的区域中运输，潮湿都是显著增加电子工业开支的原因。由于潮湿敏感性元件使用的增加，诸如薄的密间距元件(fine-pitchdevice)和球栅阵列(BGA,ballgridarray)，使得对这个失效机制的关注也增加了。基于此原因，电子制造商们必须为预防潜在灾难支付高昂的开支。吸收到内部的潮气是半导体封装最大的问题。当其固定到PCB板上时，回流焊快速加热将在内部形成压力。这种高速膨胀，取决于不同封装结构材料的热膨胀系数（CTE）速率不同，可能产生封装所不能承受的压力。当元件暴露在回流焊接期间升高的温度环境下，陷于塑料的表面贴装元件(SMD,surfacemountdevice)内部的潮湿会产生足够的蒸汽压力损伤或毁坏元件。常见的失效模式包括塑料从芯片或引脚框上的内部分离(脱层)、金线焊接损伤、芯片损伤、和不会延伸到元件表面的内部裂纹等。在一些极端的情况中，裂纹会延伸到元件的表面；最严重的情况就是元件鼓胀和爆裂(叫做“爆米花”效益)。尽管现在，进行回流焊操作时，在180℃~200℃时少量的湿度是可以接受的。然而，在230℃~260℃的范围中的无铅工艺里，任何湿度的存在都能够形成足够导致破坏封装的小爆炸（爆米花状）或材料分层。必须进行明智的封装材料选择、仔细控制的组装环境和在运输中采用密封包装及放置干燥剂等措施。实际上国外经常使用装备有射频标签的湿度跟踪系统、局部控制单元和专用软件来显示封装、测试流水线、运输/操作及组装操作中的湿度控制。②THB:加速式温湿度及偏压测试（TemperatureHumidityBiasTest）目的:评估IC产品在高温，高湿，偏压条件下对湿气的抵抗能力，加速其失效进程测试条件:85℃，85%RH,1.1VCC,Staticbias失效机制：电解腐蚀具体的测试条件和估算结果可参考以下标准JESD22-A101-DEIAJED-4701-D122③高加速温湿度及偏压测试（HAST:HighlyAcceleratedStressTest）目的:评估IC产品在偏压下高温，高湿，高气压条件下对湿度的抵抗能力，加速其失效过程测试条件:130℃，85%RH,1.1VCC,Staticbias，2.3atm失效机制：电离腐蚀，封装密封性具体的测试条件和估算结果可参考以下标准JESD22-A110④PCT:高压蒸煮试验PressureCookTest(AutoclaveTest)目的:评估IC产品在高温，高湿，高气压条件下对湿度的抵抗能力，加速其失效过程测试条件:130℃，85%RH,Staticbias，15PSIG（2atm）失效机制：化学金属腐蚀，封装密封性具体的测试条件和估算结果可参考以下标准JESD22-A102EIAJED-4701-B123*HAST与THB的区别在于温度更高，并且考虑到压力因素，实验时间可以缩短，而PCT则不加偏压，但湿度增大。⑤TCT:高低温循环试验（TemperatureCyclingTest）目的:评估IC产品中具有不同热膨胀系数的金属之间的界面的接触良率。方法是通过循环流动的空气从高温到低温重复变化。测试条件:ConditionB:-55to125℃℃ConditionC:-65to15℃0℃失效机制：电介质的断裂，导体和绝缘体的断裂，不同界面的分层具体的测试条件和估算结果可参考以下标准MIT-STD-883EMethod1010.7JESD22-A104-AEIAJED-4701-B-131⑥TST:高低温冲击试验（ThermalShockTest）目的:评估IC产品中具有不同热膨胀系数的金属之间的界面的接触良率。方法是通过循环流动的液体从高温到低温重复变化。测试条件:ConditionB:-55to125℃℃ConditionC:-65to150℃℃失效机制：电介质的断裂，材料的老化（如bondwires）,导体机械变形具体的测试条件和估算结果可参考以下标准：MIT-STD-883EMethod1011.9JESD22-B106EIAJED-4701-B-141*TCT与TST的区别在于TCT偏重于package的测试，而TST偏重于晶园的测试⑦HTST:高温储存试验（HighTemperatureStorageLifeTest）目的:评估IC产品在实际使用之前在高