一、IC可靠度测试

1.可靠度测试的由来

可靠度测试，顾名思义，就是测试产品的可靠程度。它与品质既有区别，又有联系。品质就是产品性能的测量，它回答了一个产品是否合乎SPEC的要求，是否符合各项性能指标的问题；而可靠度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。所以说品质解决的是现阶段的问题，可靠度解决的是一段时间以后的问题。

随着电子类产品的广泛应用，各大电子系统厂商之间竞争也逐渐加剧。竞争促使各大系统厂商更加重视产品的品质。系统的品质是由零部件的品质决定的。而作为系统产品核心部分的IC品质，对系统产品来说无疑是有着非常重要的影响。因此，IC的可靠度测试被越来越多的IC生产厂家所重视，是构成IC产品的品牌和竞争力的重要方面。

2.可靠度测试的主要内容

可靠性测试，主要内容涵盖四个项目：抗静电和拴锁试验、寿命试验、包装可靠度试验、耐久性试验。相关的测试标准包括：MIT-STD-883E Method 1005.8、JESD22-A108-A、EIAJED- 4701-D101等。

二、IC失效分析

1.失效分析的原因、目的和地位

所谓失效分析，就是对失效的产品进行分析，以找出失效原因、改进原始设计和生产工艺。正确的改进行动来源于正确的查找到缺陷所在并分析产生缺陷的原因。IC的产品设计极具复杂的设计、制程繁多并且对环境要求极高的生产工艺和复杂的测试方法。在这些设计和生产工艺中，任何一个环节控制的不好，都有可能导致IC产品的最终失效。能有效地寻找到导致IC失效的根源所在，并改进和控制生产工艺IC，以提供良率是各IC设计公司和制造厂孜孜以求的目标。因此，失效分析在IC领域占有举足轻重的作用。

失效分析的对象，以公司个体为研究对象，大体可以分为3类：

（1）到达最终客户后发现不良而退回分析的产品

（2）本公司生产最后道工艺后，最终测试发现的不良品

（3）第三类就是上面介绍的可靠度测试过程中或过程之后发现的测试NG的IC产品。

2.失效分析的一般流程

失效分析需要遵守一定的流程。常见的IC失效分析流程如下（主要针对产品级的IC）：

（1）接收不良品失效的信息反馈和分析请求。主要的信息包括：指失效模式，参数值，客户抱怨内容，型号，批号，失效率，所占比例等，与正常品相比不同之处。

（2）记录各项信息内容，以在长期记录中形成信息库，为今后的分析工作提供经验值

（3）收信工艺信息，包括与此产品有关的生产过程中的人，机，料，法，环变动的情况。

（4）失效确认。一般是用Tester或者Curve tracer量测失效IC的AC和DC的电性能，以确认失效模式是否与收集的失效模式信息一致。AC方面的测试分析涉及到产品的功能层次，而DC方面的测试是设计针对产品的主要电性能（开路、短路、漏电、）。对于开路和短路情况，要观察开路和短路测试值是开路还是短路，还是芯片不良，如是开路或短路，则要注意是第几脚开路或短路；对于非开短路的漏电流情况，产品要彻底清洗（用冷热纯水或有机溶剂如丙酮）后再进行下述烘烤试验：125度烘烤24小时或175度烘烤4小时以上，烘箱关电源后门打开45度角缓慢冷却1小时后再测其功能，如功能变好，则极有可能是封装或者测试问题，要对封装工艺要严查。

（5）观察失效产品的外观和芯片分层情况，看是否有存在破裂、裂缝、鼓泡膨胀等情况。

（6）开冒分析。开冒分析是破坏性试验，产品开冒之后不能再恢复，因此必须放在外部非破坏性分析进行完毕之后进行。开冒一般会采用自动开冒机，手工开冒由于安全性不好、稳定性不足和对人身存在伤害而逐渐被取代。开冒之后，一般会结合带显微镜之分析探针台，观察切开剖面之金丝、金球、表面铝线是否有受伤，芯片是否有裂缝，光刻是否不良,芯片名是否与布线图芯片名相符。同时会采用探针测试和分析，以了解芯片内部的Wire bonding是否良好，Pad和Metal的接触是否OK、相关Pad间的电性能参数（导通电压、阻抗、电容等）是否正常。这部分的电性测试可以用”探针台+Curve Tracer”来完成。

（7）对开帽后漏电流偏大的IC产品，可以采用探针台的LC液晶漏电分析功能，以方便查找漏电点。

（8）找出相关失效点之后，失效分析基本完成。撰写失效分析报告，通知相关的责任部门进行改进。

第二篇：IC可靠性

IC产品的质量与可靠性测试

(IC Quality & Reliability Test )

质量（Quality）和可靠性（Reliability）在一定程度上可以说是IC产品的生命。 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，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-A、EIAJED- 4701-D101，注：JEDEC（Joint Electron Device Engineering Council）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。

在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（Bathtub Curve）来表示。

Ⅰ Ⅱ Ⅲ

Region (I) 被称为早夭期（Infancy period）

这个阶段产品的 failure rate 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（Useful life period）在这个阶段产品的failure rate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-Out period）

在这个阶段failure rate 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（IC Product Level reliability test items ）

一、使用寿命测试项目（Life test items）：EFR, OLT (HTOL), LTOL

①EFR:早期失效等级测试（ Early fail Rate Test ）

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-A

EIAJED- 4701-D101

②HTOL/ LTOL：高/低温操作生命期试验（High/ Low Temperature Operating Life ） 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-883E Method 1005.8

JESD22-A108-A

EIAJED- 4701-D101

二、环境测试项目（Environmental test items）

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

①PRE-CON:预处理测试（ Precondition Test ）

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（Test Flow）:

Step 1:超声扫描仪 SAM (Scanning Acoustic Microscopy)

Step 2: 高低温循环（Temperature cycling ）

-40℃(or lower) ~ 60℃(or higher) for 5 cycles to simulate shipping conditions Step 3:烘烤（ Baking ）

At minimum 125℃ for 24 hours to remove all moisture from the package Step 4: 浸泡（Soaking ）

Using one of following soak conditions

-Level 1: 85℃ / 85%RH for 168 hrs （储运时间多久都没关系）

-Level 2: 85℃ / 60%RH for 168 hrs （储运时间一年左右）

-Level 3: 30℃ / 60%RH for 192 hrs （储运时间一周左右）

Step5: Reflow （回流焊）

240℃ (- 5℃) / 225℃ (-5℃) for 3 times (Pb-Sn)

245℃ (- 5℃) / 250℃ (-5℃) for 3 times (Lead-free)

* choose according the package size

Step6：超声扫描仪 SAM (Scanning Acoustic Microscopy)

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-D

EIAJED- 4701-B101

评估结果：八种耐潮湿分级和车间寿命(floor life)

请参阅 J-STD-020。

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? 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% RH 168小时车间寿命 4 级 - 小于或等于30°C/60% RH 72小时车间寿命 5 级 - 小于或等于30°C/60% RH 48小时车间寿命 5a 级 - 小于或等于30°C/60% RH 24小时车间寿命 6 级 - 小于或等于30°C/60% RH 72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-pitch device)和球栅阵列(BGA, ball grid array)，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, surface mount device)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（Temperature Humidity Bias Test ）

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, 1.1 VCC, Static bias

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-D

EIAJED- 4701-D122

③高加速温湿度及偏压测试（HAST: Highly Accelerated Stress Test ）

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, 1.1 VCC, Static bias，2.3 atm

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-A110

④PCT:高压蒸煮试验 Pressure Cook Test (Autoclave Test)

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, Static bias，15PSIG（2 atm）

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-A102

EIAJED- 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（Temperature Cycling Test ）

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:

Condition B:-55℃ to 125℃

Condition C: -65℃ to 150℃

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-883E Method 1010.7

JESD22-A104-A

EIAJED- 4701-B-131

⑥TST: 高低温冲击试验（Thermal Shock Test ）

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:

Condition B: - 55℃ to 125℃

Condition C: - 65℃ to 150℃

失效机制：电介质的断裂，材料的老化（如bond wires）, 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-883E Method 1011.9

JESD22-B106

EIAJED- 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（High Temperature Storage Life Test ）

目的: 评估IC产品在实际使用之前在高温条件下保持几年不工作条件下的生命时间。 测试条件: 150℃

失效机制：化学和扩散效应，Au-Al 共金效应

具体的测试条件和估算结果可参考以下标准

MIT-STD-883E Method 1008.2

JESD22-A103-A

EIAJED- 4701-B111

⑧可焊性试验（Solderability Test ）

目的: 评估IC leads在粘锡过程中的可靠度

测试方法:

Step1：蒸汽老化8 小时

Step2：浸入245℃锡盆中 5秒

失效标准（Failure Criterion）：至少95％良率

具体的测试条件和估算结果可参考以下标准

MIT-STD-883E Method 2003.7

JESD22-B102

⑨SHT Test:焊接热量耐久测试（ Solder Heat Resistivity Test ）

目的: 评估IC 对瞬间高温的敏感度

测试方法: 侵入260℃ 锡盆中10秒

失效标准（Failure Criterion）：根据电测试结果

具体的测试条件和估算结果可参考以下标准

MIT-STD-883E Method 2003.7

EIAJED- 4701-B106

三、耐久性测试项目（Endurance test items ）

Endurance cycling test, Data retention test

①周期耐久性测试（Endurance Cycling Test ）

目的: 评估非挥发性memory器件在多次读写算后的持久性能

Test Method: 将数据写入memory的存储单元，在擦除数据，重复这个过程多次 测试条件: 室温，或者更高，每个数据的读写次数达到100k~1000k

具体的测试条件和估算结果可参考以下标准

MIT-STD-883E Method 1033

②数据保持力测试（Data Retention Test）

目的: 在重复读写之后加速非挥发性memory器件存储节点的电荷损失

测试条件: 在高温条件下将数据写入memory存储单元后，多次读取验证单元中的数据 失效机制：150℃

具体的测试条件和估算结果可参考以下标准：

MIT-STD-883E Method 1008.2

MIT-STD-883E Method 1033

在了解上述的IC测试方法之后，IC的设计制造商就需要根据不用IC产品的性能，用途以及需要测试的目的，选择合适的测试方法，最大限度的降低IC测试的时间和成本，从而有效控制IC产品的质量和可靠度。