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LabCompanion半導體測試,打造高質量產品

質量就是產品性能的測量,它回答了一個產品是否合乎規格的要求,是否符合各項性能指標的問題;可靠性則是對產品耐久力的測量,它回答了一個產品生命周期有多長,簡單說,它能用多久的問題。所以說質量解決的是現階段的問題,可靠性解決的是一段時間以后的問題。

知道了兩者的區別,我們發現,質量的問題解決方法往往比較直接,設計和制造單位在產品生產出來后,通過簡單的測試,就可以知道產品的性能是否達到規格的要求,這種測試在IC 的設計和制造單位就可以進行。相對而言,Reliability 的問題似乎就變的十分棘手,這個產品能用多久,誰能保證產品今天能用,明天就一定能用?

為了解決這個問題,人們制定了各種各樣的標準,如: JESD22-A108-A、EIAJED-4701-D101。

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生命周期

在介紹一些目前較為流行的可靠性的測試方法之前,我們先來認識一下IC 產品的生命周期。典型的IC 產品的生命周期可以用一條浴缸曲線來表示。

Region (I) 被稱為早夭期(Infancy period)

這個階段產品的failure rate 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)

在這個階段產品的failure rate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)

在這個階段failure rate 會快速升高,失效的原因就是產品長期使用所造成的老化等

認識了典型IC產品的生命周期,我們就可以看到,Reliability的問題就是要力圖將處于早夭期failure 的產品去除并估算其良率,預計產品的使用期,并且找到failure的原因,尤其是在IC 生產,封裝,存儲等方面出現的問題所造成的失效原因。

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可靠性等級測試

下面就是一些東芯產品可靠性等級測試項目:

使用壽命測試項目

EFR, HTOL, LTOL

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① EFR:早期失效等級測試

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

② HTOL/ LTOL:高/低溫操作生命期試驗

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

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環境測試項目

PRE-CON, THB, HAST, PCT, TCT, TST, HTST, Solderability Test, Solder Heat Test

① PRE-CON: 預處理測試

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

測試流程

Step 1: 超聲掃描儀SAM

Step 2: 高低溫循環

Step 3: 烘烤

Step 4: 浸泡

Step5: 回流焊

Step6:超聲掃描儀SAM

失效機制: 封裝破裂,分層

②THB: 加速式溫濕度及偏壓測試

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

③HAST: 高加速溫濕度及偏壓測試

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

④ PCT: 高壓蒸煮試驗

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

⑤ TCT: 高低溫循環試驗

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

⑥ TST: 高低溫沖擊試驗

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

* TCT與TST 的區別在于TCT偏重于package 的測試,而TST偏重于晶圓的測試

⑦ HTST: 高溫儲存試驗

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

⑧ 可焊性試驗

目的: 評估IC leads 在粘錫過程中的可靠度

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:至少95%良率

⑨ SHT Test:焊接熱量耐久測試

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:根據電測試結果

耐久性測試項目

Endurance cycling test, Data retention test

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① 周期耐久性測試

目的: 評估非揮發性memory器件在多次讀寫算后的持久性能

測試方法: 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

② 數據保持力測試

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℃

03

自主清晰的知識產權

在了解上述的IC 測試方法之后,IC 的設計制造商就需要根據不同IC 產品的性能,用途以及需要測試的目的,選擇合適的測試方法,*大限度的降低IC測試的時間和成本,從而有效控制IC產品的質量和可靠度。

正是因為可靠性如此重要,所以東芯半導體從始至終在保證產品質量的前提下不斷鉆研來提升產品可靠性,到目前為止,已經總結出許多經驗并且有部分技術已經成功申請磚利。

#

NAND Flash局部自電位升壓操作方法

可通過對測試數據的分析,結合研發團隊總結的經驗公式,快速準確的確定適合特定工藝的具體實施方法

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NAND Flash中內置8比特ECC技術

通過設計定制化數字邏輯單元庫,并不斷優化算法,*后仿真驗證,得到了使用閃存工藝實現的內置ECC模塊

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NOR Flash提高擦除可靠性技術

通過設計優化減小每次數據擦除的*小單位,已達到降低擦除后數據發生偏移的情況,可以顯著提高產品可靠性

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NOR Flash數據自動刷新技術

通過檢測單元實時電壓來監控是否有超規范的趨勢,當超過設定的警戒值后,單元會自動刷新數據,以保證數據不會超規范,可以顯著提高產品可靠性

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