芯片可靠性测试项目梳理:从PC、HAST、TC到HTOL、ESD与LU

把芯片可靠性测试项目按缩写逐个背下来,很容易混淆。更实用的分法,是先看测试要回答什么问题:封装能不能扛住环境应力,寿命和早期失效风险有多大,电气鲁棒性是否过关。2022年1月25日发布的《芯片可靠性介绍》也是沿着这个思路,把常见项目归入加速环境应力、加速寿命模拟和电气特性确认三类。

可靠性测试的意义在于,经过功能测试的芯片只能说明样品在刚拿到时是好的。要评估客户端的严苛使用条件,需要用应力试验去暴露潜在失效,并结合浴盆曲线理解初期失效、本征失效和击穿失效三个阶段。测试不是单独追求某个读数,而是为设计验证、封装选择和量产放行提供边界。

先按目的分三类

原文的分法很直接:PC、HAST/UHAST、TC、HTSL偏封装与环境应力;HTOL、ELFR、EDR偏加速寿命与电气可靠性;HBM、CDM、LU偏电气特性确认。这样归类后,前处理条件、样本量和结果判据就不容易混在一起。

封装与环境应力:PC、HAST/UHAST、TC、HTSL

PC评估芯片在包装、运输和焊接过程中对温度、湿度冲击的抗性。原文限定它主要针对非封闭封装,也就是塑封器件,并把它放在封装可靠性测试之前,用来模拟焊接高温下内部水汽对内部电路的影响。

HAST/UHAST同样针对塑封器件。原文将其分为带偏置的HAST和不带偏置的UHAST,并明确UHAST需要提前做PC处理。具体温湿度剖面、偏置条件和持续时间要按产品或实验室方案核实,不能仅凭缩写推断。

TC看的是高低温交替下的机械应力承受能力,目标是判断芯片是否因热疲劳失效。TC也要先做PC处理。热疲劳可能带来永久的电气或物理特性变化,因此结果不能只看试验过程中是否报警,还要结合失效模式和后续电测。

HTSL关注长期存储条件下高温和时间对器件的影响。原文明确HTSL不需要做PC预处理,这一点常被拿来与HAST/UHAST、TC的前处理要求区分。

加速寿命模拟:HTOL、ELFR、EDR

这一组主要考验产品的电气可靠性,但三者目的并不相同。HTOL用于评估芯片寿命和电路可靠性,原文给出DFT测试模式和EVA板测试模式两种方式;它回答的是寿命与电路可靠性问题。

ELFR关注早期寿命失效率。原文提示这项测试需要的样本量比较大,原因在于早期失效本身属于低概率事件,样本太少很难得到有意义的失效率判断。

EDR是非易失性存储器耐久实验,只针对包含该性能的芯片才需要验证。没有非易失性存储器的产品,不应把EDR作为通用必测项。

电气特性确认:HBM、CDM与LU

HBM模拟人体带电接触器件时发生放电的静电放电模型,CDM模拟器件在装配、传递、测试、运输及存储过程中已经带电,再通过管脚与地接触时发生对地放电的模型。两者都属于ESD(静电放电)模型,但起电和放电路径不同,结果判读不能混用。

LU即锁定效应测试,原文称主要针对NMOS、CMOS、双极工艺的集成电路,通过正/反向电流和电源电压过压,检查芯片是否被触发锁定。LU不是静电放电模型,它关注的是电流、电压扰动下的锁定风险,应与HBM、CDM分开看。

结果判断与工程安排

结果判断可以围绕几条主线:PC后的封装抗性,HAST/UHAST与HTSL反映的长期存储影响,TC后的热疲劳与永久电气/物理变化,HTOL的寿命和电路可靠性,ELFR的早期失效率,EDR的存储器耐久,以及HBM、CDM的静电放电模型和LU的锁定效应。每项试验的通过标准应结合产品规格和失效判据,不宜只看单一读数。

工程安排上,原文指出新产品可靠性中,wafer、封装、包装和量产阶段通常由对应晶圆厂或封测厂把控,与旧产品差异不大;新产品需要重点关注成品测试阶段的可靠性实验。这个说法适合用来划分责任边界,不意味着其它阶段可以完全不做。

周期和投入要有预期。原文称正常完成一批可靠性实验至少需要两个月,厂家至少测试3个批次才算完成产品可靠性验证;不少项目还要在第三方实验室进行,测试板、测试座和测试费用都是不小的开销。上述时间和批次是原文表述,具体项目是否适用,仍需按产品类型、封装形式和实验室条件核实。

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