Quality and Reliability

1、ICl質(zhì)量（Quality）和可靠性（Reliability）在一定程度上可以說(shuō)是IC產(chǎn)品的生命。 l質(zhì)量（Quality） 就是產(chǎn)品性能的測(cè)量，它回答了一個(gè)產(chǎn)品是否合乎規(guī)格（SPEC）的要求，是否符合各項(xiàng)性能指標(biāo)的問(wèn)題；l可靠性（Reliability）則是對(duì)產(chǎn)品耐久力的測(cè)量，它回答了一個(gè)產(chǎn)品生命周期有多長(zhǎng)，簡(jiǎn)單說(shuō)，它能用多久的問(wèn)題。l所以說(shuō)質(zhì)量(Quality)解決的是現(xiàn)階段的問(wèn)題，可靠性（Reliability）解決的是一段時(shí)間以后的問(wèn)題。知道了兩者的區(qū)別，可以發(fā)現(xiàn)，Quality的問(wèn)題解決方法往往比較直接，設(shè)計(jì)和制造單位在產(chǎn)品生產(chǎn)出來(lái)后，通過(guò)簡(jiǎn)單的測(cè)試，就可以知道產(chǎn)品的性能是否達(dá)到SP

2、EC的要求，這種測(cè)試在IC的設(shè)計(jì)和制造單位就可以進(jìn)行。相對(duì)而言，Reliability的問(wèn)題似乎就變的十分棘手，這個(gè)產(chǎn)品能用多久，誰(shuí)能保證產(chǎn)品今天能用，明天就一定能用？ lJEDEC（Joint Electron Device Engineering Council）電子設(shè)備工程聯(lián)合委員會(huì),，著名國(guó)際電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化組織之一；如：JESD22-A108-A。lEIAJED：日本電子工業(yè)協(xié)會(huì)，著名國(guó)際電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化組織之一。 如： EIAJED- 4701-D101。浴缸曲線（BATHTUBCURVE）l 典型的IC 生命周期可用一條浴缸曲線（Bathtub Curve）來(lái)描述浴缸曲線（BATHT

3、UBCURVE）lRegion (I) 被稱為早夭期（Infancy period） 這個(gè)階段產(chǎn)品的 failure rate 快速下降，造成失效的原因在于IC設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中的缺陷； lRegion (II) 被稱為使用期（Useful life period）在這個(gè)階段產(chǎn)品的failure rate保持穩(wěn)定，失效的原因往往是隨機(jī)的，比如溫度變化等等； lRegion (III) 被稱為磨耗期（Wear-Out period） 在這個(gè)階段failure rate 會(huì)快速升高，失效的原因就是產(chǎn)品長(zhǎng)期使用所造成的老化等。 l認(rèn)識(shí)了典型IC產(chǎn)品的生命周期，Reliability的問(wèn)題就是要力圖將處

4、于早夭期failure的產(chǎn)品去除并估算其良率，預(yù)計(jì)產(chǎn)品的使用期，并且找到failure的原因，尤其是在IC生產(chǎn)，封裝，存儲(chǔ)等方面出現(xiàn)的問(wèn)題所造成的失效原因。IC產(chǎn)品可靠性等級(jí)測(cè)試項(xiàng)目A.使用壽命測(cè)試項(xiàng)目1.EFR:（ Early fail Rate Test）2.HTOL/ LTOL: High/ Low Temperature Operating Life）B.環(huán)境測(cè)試項(xiàng)目1.PRE-CON2.THB,3.uHAST4.PCT5.TCT6.TST7.HTST8.Solder ability Test9.Solder Heat TestC.耐久性測(cè)試項(xiàng)目(存儲(chǔ)芯片）1.Endurance cy

5、cling test2.Data retention test1.EFR:（ Early fail Rate Test）2.HTOL/ LTOL: High/ Low Temperature Operating Life） EFR:早期失效等級(jí)測(cè)試（ Early fail Rate Test） l目的: 評(píng)估工藝的穩(wěn)定性，加速缺陷失效率，去除由于天生原因失效的產(chǎn)品。 l測(cè)試條件: 在特定時(shí)間內(nèi)動(dòng)態(tài)提升溫度和電壓對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試 l失效機(jī)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(chǎn)造成的失效。 l具體的測(cè)試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn)： JESD22-A108-A EIA

6、JED- 4701-D101 HTOL/ LTOL：高/低溫操作生命期試驗(yàn)（High/ Low Temperature Operating Life）l目的: 評(píng)估器件在超熱和超電壓情況下一段時(shí)間的耐久力 l測(cè)試條件: 125，1.1VCC, 動(dòng)態(tài)測(cè)試 l失效機(jī)制：電子遷移，氧化層破裂，相互擴(kuò)散，不穩(wěn)定性，離子玷污等 l參考標(biāo)準(zhǔn)：125條件下1000小時(shí)測(cè)試通過(guò)IC可以保證持續(xù)使用4年，2000小時(shí)測(cè)試持續(xù)使用8年；150 1000小時(shí)測(cè)試通過(guò)保證使用8年，2000小時(shí)保證使用28年。 l具體的測(cè)試條件和估算結(jié)果可參考 JESD22-A108-A； EIAJED- 4701-D101 1.PR

7、E-CON2.THB,3.uHAST4.PCT5.TCT6.TST7.HTST8.Solder Ability Test9.Solder Heat Test PRE-CON: 預(yù)處理測(cè)試（Precondition Test） l目的: 模擬IC在使用之前在一定濕度，溫度條件下存儲(chǔ)的耐久力，也就是IC從生產(chǎn)到使用之間存儲(chǔ)的可靠性。l測(cè)試流程（Test Flow）: Step 1: 超聲掃描儀 SAM (Scanning Acoustic Microscopy) Step 2: 高低溫循環(huán)（Temperature Cycling） -40(or lower) 60(or higher) for 5

8、 cycles to simulate shipping conditions Step 3: 烘烤（Baking） At minimum 125 for 24 hours to remove all moisture from the packageStep 4: 浸泡（Soaking） Using one of following soak conditions -Level 1: 85 / 85%RH for 168 hrs （儲(chǔ)運(yùn)時(shí)間多久都沒(méi)關(guān)系） -Level 2: 85 / 60%RH for 168 hrs （儲(chǔ)運(yùn)時(shí)間一年左右） -Level 3: 30 / 60%RH for

9、192 hrs （儲(chǔ)運(yùn)時(shí)間一周左右） Step5: Reflow （回流焊） 245 (- 5) / 250 (-5) for 3 times (Lead-free) Step6：超聲掃描儀SAM (Scanning Acoustic Microscopy) 紅色和黃色區(qū)域顯示BGA在回流工藝中由于濕度原因而過(guò)度膨脹所導(dǎo)致的分層/裂紋。 l失效機(jī)制: 封裝破裂，分層 具體的測(cè)試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn) JESD22-A113-D EIAJED- 4701-B101l 評(píng)估結(jié)果：八種耐潮濕分級(jí)和車間壽命(floor life) 請(qǐng)參閱 J-STD-020。 l1 級(jí) - 小于或等于30C/8

10、5% RH 無(wú)限車間壽命 l2 級(jí) - 小于或等于30C/60% RH 一年車間壽命 l2a 級(jí) - 小于或等于30C/60% RH 四周車間壽命 l3 級(jí) - 小于或等于30C/60% RH 168小時(shí)車間壽命 l4 級(jí) - 小于或等于30C/60% RH 72小時(shí)車間壽命 l5 級(jí) - 小于或等于30C/60% RH 48小時(shí)車間壽命 l5a 級(jí) - 小于或等于30C/60% RH 24小時(shí)車間壽命 l6 級(jí) - 小于或等于30C/60% RH 72小時(shí)車間壽命 (對(duì)于6級(jí)，元件使用之前必須經(jīng)過(guò)烘焙，并且必須在潮濕敏感注意標(biāo)貼上所規(guī)定的時(shí)間限定內(nèi)回流。) l濕度總是困擾在電子系統(tǒng)背后的一個(gè)

11、難題。吸收到內(nèi)部的潮氣是半導(dǎo)體封裝最大的問(wèn)題。當(dāng)其固定到PCB板上時(shí)，回流焊快速加熱將在內(nèi)部形成壓力。這種高速膨脹，取決于不同封裝結(jié)構(gòu)材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）速率不同，可能產(chǎn)生封裝所不能承受的壓力。當(dāng)元件暴露在回流焊接期間升高的溫度環(huán)境下，陷于塑料的表面貼裝元件(SMD, surface mount device)內(nèi)部的潮濕會(huì)產(chǎn)生足夠的蒸汽壓力損傷或毀壞元件。常見(jiàn)的失效模式包括塑料從芯片或引腳框上的內(nèi)部分離(脫層)、金線焊接損傷、芯片損傷、和不會(huì)延伸到元件表面的內(nèi)部裂紋等。在一些極端的情況中，裂紋會(huì)延伸到元件的表面；最嚴(yán)重的情況就是元件鼓脹和爆裂(叫做“爆米花”效益)。盡管現(xiàn)在，進(jìn)行回流焊操

12、作時(shí)，在180200時(shí)少量的濕度是可以接受的。然而，在230 260的范圍中的無(wú)鉛工藝?yán)?，任何濕度的存在都能夠形成足夠?qū)е缕茐姆庋b的小爆炸（爆米花狀）或材料分層。必須進(jìn)行明智的封裝材料選擇、仔細(xì)控制組裝環(huán)境和在運(yùn)輸中采用密封包裝及放置干燥劑等措施。THB: 加速式溫濕度及偏壓測(cè)試（Temperature Humidity Bias Test）l目的: 評(píng)估IC產(chǎn)品在高溫，高濕，偏壓條件下對(duì)濕氣的抵抗能力，加速其失效進(jìn)程 l測(cè)試條件: 85，85%RH, 1.1 VCC, Static bias l失效機(jī)制：電解腐蝕 l具體的測(cè)試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn) JESD22-A101-D EIAJ

13、ED- 4701-D122 HAST:高加速溫濕度無(wú)偏壓測(cè)試uHAST: 高加速溫濕度無(wú)偏壓測(cè)試（Highly Accelerated Stress Test） l目的: 評(píng)估IC產(chǎn)品在偏壓下高溫，高濕，高氣壓條件下對(duì)濕度的抵抗能力，加速其失效過(guò)程l測(cè)試條件: 130， 85%RH, Static bias，2.3 atm l失效機(jī)制：電離腐蝕，封裝密封性 l具體的測(cè)試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn) JESD22-A110 PCT: 高壓蒸煮試驗(yàn)PCT: 高壓蒸煮試驗(yàn) Pressure Cook Test (Autoclave Test) l目的: 評(píng)估IC產(chǎn)品在高溫，高濕，高氣壓條件下對(duì)濕度的

14、抵抗能力，加速其失效過(guò)程 l測(cè)試條件: 130， 85%RH, Static bias，15PSIG（2 atm） l失效機(jī)制：化學(xué)金屬腐蝕，封裝密封性 l具體的測(cè)試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn) JESD22-A102 EIAJED- 4701-B123 lHASTHAST與與THBTHB的區(qū)別在于溫度更高，并且考慮到壓力因素，實(shí)驗(yàn)的區(qū)別在于溫度更高，并且考慮到壓力因素，實(shí)驗(yàn)時(shí)間可以縮短，而時(shí)間可以縮短，而PCTPCT則不加偏壓，但濕度增大。則不加偏壓，但濕度增大。 TCT: 高低溫循環(huán)試驗(yàn)TCT: 高低溫循環(huán)試驗(yàn)（Temperature Cycling Test ）l目的: 評(píng)估IC產(chǎn)品中具

15、有不同熱膨脹系數(shù)的金屬之間的界面的接觸良率。l方法是通過(guò)循環(huán)流動(dòng)的空氣從高溫到低溫重復(fù)變化。l 測(cè)試條件: Condition B:-55 to 125 Condition C: -65 to 150l失效機(jī)制：電介質(zhì)的斷裂,導(dǎo)體和絕緣體的斷裂,不同界面的分層 l具體的測(cè)試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn) MIT-STD-883E Method 1010.7 JESD22-A104-A EIAJED- 4701-B-131 TST:高低溫沖擊試驗(yàn)TST: 高低溫沖擊試驗(yàn)（Thermal Shock Test ） l目的: 評(píng)估IC產(chǎn)品中具有不同熱膨脹系數(shù)的金屬之間的界面的接觸良率。方法是通過(guò)循環(huán)流

16、動(dòng)的液體從高溫到低溫重復(fù)變化。l 測(cè)試條件: Condition B: - 55 to 125 Condition C: - 65 to 150 l失效機(jī)制：電介質(zhì)的斷裂，材料的老化（如bond wires）, 導(dǎo)體機(jī)械變形 l具體的測(cè)試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn)： MIT-STD-883E Method 1011.9 JESD22-B106 EIAJED- 4701-B-141 l* * TCT TCT與與TSTTST的區(qū)別在于的區(qū)別在于TCTTCT偏重于偏重于package package 的測(cè)試，而的測(cè)試，而TSTTST偏重于偏重于晶園的測(cè)試晶園的測(cè)試 HTST: 高溫儲(chǔ)存試驗(yàn)（Hig

17、h Temperature Storage Life Test）l 目的: 評(píng)估IC產(chǎn)品在實(shí)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(shí)間。 l測(cè)試條件: 150 失效機(jī)制：化學(xué)和擴(kuò)散效應(yīng)，Au-Al 共金效應(yīng) l具體的測(cè)試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn) MIT-STD-883E Method 1008.2 JESD22-A103-A EIAJED- 4701-B111 可焊性試驗(yàn)（Solder Ability Test） l目的: 評(píng)估IC leads在粘錫過(guò)程中的可靠度 l測(cè)試方法: lStep1：蒸汽老化8 小時(shí) lStep2：浸入245錫盆中 5秒 l失效標(biāo)準(zhǔn)（Failure Cr

18、iterion）：至少95良率 l具體的測(cè)試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn) MIT-STD-883E Method 2003.7 JESD22-B102SHT Test:焊接熱量耐久測(cè)試（ Solder Heat Resistivity Test ）l 目的: 評(píng)估IC 對(duì)瞬間高溫的敏感度 l測(cè)試方法: 侵入260 錫盆中10秒 l失效標(biāo)準(zhǔn)（Failure Criterion）：根據(jù)電測(cè)試結(jié)果l具體的測(cè)試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn) MIT-STD-883E Method 2003.7 EIAJED- 4701-B106 1.Endurance cycling test2.Data retention test 周期耐久性測(cè)試（Endurance Cycling Test ） l目的: 評(píng)估非揮發(fā)性memory器件在多次讀寫算后的持久性能l測(cè)試方法: 將數(shù)據(jù)寫入memory的存儲(chǔ)單元，在擦除數(shù)據(jù)，重復(fù)這個(gè)過(guò)程多次 l測(cè)試條件: