В этой статье представлен полный обзор тестирования надежности чипов.

Тестирование надежности – это систематический процесс оценки, моделирующий различные воздействия окружающей среды и рабочие нагрузки, с которыми чипы могут столкнуться в реальных-сценариях использования с использованием различныхоборудование для испытаний на надежность. Он всесторонне исследует их производительность, стабильность работы и срок службы. BOTO, как профессиональный производитель оборудования для испытаний на надежность, предоставляет клиентам комплексные решения для испытательного оборудования, гарантирующие, что чипы могут стабильно выполнять свои ожидаемые функции в заданных технических условиях.

В процессе исследования, разработки и производства микросхем тестирование надежности является не только основным средством проверки производительности продукта, но и ключом к улучшению качества продукции и повышению конкурентоспособности на рынке. Проводя тщательное тестирование надежности, можно заранее определить потенциальные виды отказов и механизмы неисправностей, тем самым обеспечивая направление для оптимизации конструкции и улучшения процессов, снижая вероятность отказа продуктов в реальных приложениях, продлевая их эффективный срок службы и, в конечном итоге, повышая удовлетворенность пользователей.

I. Экологические испытания

Экологические испытания — это основной компонент оценки надежности чипов, который в основном используется для проверки адаптируемости чипа и его эксплуатационной стабильности в различных условиях окружающей среды. Общие испытания включают срок службы при высоких температурах (HTOL), срок службы при низких температурах (LTOL), циклическое изменение температуры (TCT) и стресс-тест при высокой ускоренной температуре и влажности (HAST).

(1) Испытание на долговечность при высоких температурах (HTOL)

HTOL — классический метод тестирования надежности чипов. В ходе этого испытания чип помещается в среду с высокой -температурой-оборудованием для проверки надежности-на длительный период времени, чтобы имитировать термический стресс и процесс старения при фактическом использовании. Температура испытания обычно составляет от 100 до 150 градусов, а продолжительность гибко устанавливается в соответствии со спецификациями чипа и сценариями применения.

В условиях высоких-температур электрические характеристики, производительность и надежность чипа постоянно контролируются и записываются. С помощью HTOL-тестирования можно определить типы неисправностей, вызванные такими факторами, как термодиффузия, структурное повреждение или старение материала, например дрейф сопротивления, утечка тока, плохой контакт и миграция металла. Выявление этих режимов неисправностей помогает оценить долгосрочную-надежность чипа в условиях высоких-температур и обеспечивает основу для оптимизации конструкции и улучшения процессов.

(2) Испытание на срок службы при низких температурах (LTOL)
Тестирование LTOL направлено на оценку надежности и срока службы чипов в условиях низких-температур. Для экстремальных применений, таких как аэрокосмическая, военная и медицинская промышленность, чипы должны сохранять нормальную работу при экстремально низких температурах. Этот тест ускоряет старение чипов в условиях низких-температур, помогая производителям оценить их стабильность при низких температурах. Во время испытания электрические характеристики чипа записываются и подробно анализируются, чтобы обеспечить надежную работу в суровых условиях низких-температур.

(3) Испытание на циклическое изменение температуры (TCT)
Испытания TCT моделируют эффекты термического напряжения и усталости материала, вызванные колебаниями температуры в условиях фактического использования. Во время теста чип неоднократно подвергается воздействию заданной низкой температуры (например, -40 градусов) и высокой температуры (например, 125 градусов).

Циклическое изменение температуры эффективно выявляет структурные напряжения, различия в коэффициентах теплового расширения и усталость паяных соединений, вызванную изменениями температуры. Эти факторы могут привести к таким неисправностям, как плохой контакт, растрескивание паяных соединений или усталость металла, что влияет на надежность и срок службы чипа. Результаты испытаний TCT служат важным ориентиром для оценки производительности чипов в условиях колебаний температуры.

Камеры для испытаний на циклическое изменение температуры обычно используются для оборудования для испытаний на надежность.

(4) Стресс-тест при высокой температуре и влажности (HAST)

HAST — это метод ускоренной оценки старения. В ходе этого теста чип помещается в экстремальную среду с высокой температурой и влажностью (обычно 85 градусов/85% относительной влажности) и применяется напряжение или ток для ускорения процесса его старения. Этот метод позволяет воспроизвести снижение производительности чипа при длительном-использовании за короткое время, помогая заранее выявить потенциальные дефекты.

Основным преимуществом HAST является его высокая эффективность ускорения, которая позволяет за короткое время получить информацию о надежности чипа, обеспечивая при этом условия влажности, более близкие к реальным сценариям применения.

II. Пожизненное тестирование

Тестирование на весь срок службы — еще один важный компонент оценки надежности чипов, который в основном используется для анализа тенденций изменения производительности и механизмов сбоев чипов при длительном-использовании. Общие проекты включают в себя срок хранения при высоких температурах (HTSL) и испытание на срок службы смещения (BLT).

(1) Испытание на срок хранения при высоких температурах (HTSL)

Тест HTSL помещает чип в среду с высокой-температурой (обычно от 125 до 175 градусов) в течение длительного периода без подачи рабочего напряжения, чтобы оценить его надежность и срок службы в условиях хранения при высоких-температурах. Этот тест в основном используется для моделирования эффектов старения чипсов из-за высокой-температуры хранения во время складирования или транспортировки. Тестирование HTSL уточняет долгосрочную-устойчивость чипов к воздействию высоких-температур, предоставляя рекомендации по настройке условий хранения и транспортировки.

(2) Испытание на долговечность смещения (BLT)
Тестирование BLT оценивает стабильность и надежность чипов при комбинированном воздействии длительного-напряжения смещения и высокой температуры. Во время теста на чип подается постоянное напряжение смещения, и он помещается в среду с высокой-температурой. Значение напряжения смещения определяется в соответствии со спецификациями микросхемы и требованиями применения. Путем постоянного мониторинга изменений производительности чипа в условиях высоко-температурного смещения можно обнаружить эффекты, вызванные старением смещения, такие как повреждение диэлектрического слоя, образование ловушек на границе раздела и изгиб полос. Результаты испытаний BLT служат важной основой для оценки надежности чипов при длительном-использовании и в условиях высоких-температур.

III. Механические и электрические испытания
Помимо испытаний на воздействие окружающей среды и срока службы, оценка надежности чипов также включает механические и электрические испытания для проверки производительности и стабильности чипов в условиях физического удара, вибрации и электрического напряжения.

(1) Испытание на падение (DT)
Испытание на падение оценивает надежность чипов в условиях физического удара и вибрации. Во время испытания чип закрепляется на специальном устройстве и подвергается заранее заданным-операциям падения или вибрации, чтобы имитировать физическое воздействие, которому он может подвергнуться при фактическом использовании.

С помощью испытаний на падение можно выявить такие проблемы, как поломка паяного соединения, повреждение конструкции или разрушение материала, вызванное ударом или вибрацией. Результаты испытаний предоставляют важные данные для оценки ударо- и виброустойчивости чипа при реальном использовании.

(2) Испытание на электростатический разряд (ESD)

Испытание на электростатическое напряжение является ключевым моментом для оценки защиты чипа от-помех в электростатической среде. Электростатический разряд обычно вызывается несбалансированными зарядами, возникающими в результате трения или разделения поверхностей изолирующего материала. При переносе зарядов с одной поверхности на другую за короткий промежуток времени формируется импульсный ток высокого-напряжения.

При тестировании на электростатический заряд в основном используются два метода: модель разряда человеческого тела (HBM) и модель заряженного устройства (CDM) для моделирования электростатических разрядов при контакте человека с производственным оборудованием и для оценки устойчивости чипа в таких условиях.

(3) Проверка фиксации-вверх
Тестирование с защелкой-используется для оценки того, произойдет ли неожиданная блокировка чипа или сбой питания в экстремальных условиях, например при аномальных колебаниях напряжения. Во время тестирования к входному разъему питания чипа была добавлена ​​схема защиты, а внезапное отключение питания было смоделировано с помощью высокоскоростного-переключателя для наблюдения за поведением чипа и возможностью восстановления в таких переходных условиях. Этот тест помогает проверить надежность чипа при перебоях в питании.

Чтобы обеспечить научную строгость, точность и повторяемость испытаний на надежность чипов, международные организации разработали ряд стандартизированных спецификаций и методов испытаний, в первую очередь включая MIL-STD, JEDEC, IEC, JESD, AEC и EIA. Эти спецификации всесторонне охватывают требования к тестированию надежности микросхем в различных условиях окружающей среды, рабочих состояниях и сценариях применения, предоставляя производителям микросхем и испытательным лабораториям унифицированные стандарты тестирования и инструкции по эксплуатации. BOTO строго придерживается вышеупомянутых стандартизированных спецификаций испытаний при проектировании и производстве различного оборудования для испытаний на надежность, чтобы обеспечить высокую надежность и последовательность полученных результатов испытаний.