可靠性測(cè)試及失效分析介紹

1IC可靠性測(cè)試及失效分析介紹

大綱可靠性定義IC可靠性驗(yàn)證及失效分析流程常見(jiàn)IC可靠性測(cè)試項(xiàng)目及設(shè)備常用IC檢測(cè)手段及失效分析工具2

可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。

DesignQualitySupplierQualityMfgQualityProductQualityInfrastructureQualityReliability*Mfg=Manufacturing可靠性定義電子零件可靠性驗(yàn)證及失效分析流程元件失效現(xiàn)象記錄聲學(xué)掃描X-Ray探測(cè)電性故障確認(rèn)、隔離建立可能的失效模式封裝可靠性驗(yàn)證環(huán)境試驗(yàn)溫度濕度冷熱沖擊高溫烘烤加偏置電壓無(wú)偏置電壓電性測(cè)試功能驗(yàn)證腳對(duì)腳數(shù)據(jù)檢驗(yàn)元件封裝開(kāi)蓋抗靜電等級(jí)、閂鎖測(cè)試光學(xué)觀察電子顯微鏡可見(jiàn)的失效模式電性針測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)電子顯微鏡能譜分析俄歇分析聚焦離子束穿透電子顯微鏡不可見(jiàn)的失效模式聚焦離子束微光熱點(diǎn)定位液晶熱點(diǎn)定位電性針測(cè)保護(hù)層、金屬層去除電子顯微鏡觀察提出最終失效分析報(bào)告集成電路失效分析流程功能

無(wú)損探測(cè)

集成電路封裝內(nèi)部缺陷分析

溫濕度敏感等級(jí)驗(yàn)證

時(shí)序分析

信號(hào)完整性分析

失效分析之電性分析板上高低溫環(huán)境下之功能驗(yàn)證

溫度特性分析

預(yù)前期處理

操作壽命測(cè)試

溫濕度試驗(yàn)

溫度循環(huán)/沖擊試驗(yàn)

儀器/設(shè)備

掃描聲學(xué)顯微鏡

項(xiàng)目封裝內(nèi)部缺陷分析電性參數(shù)測(cè)試與失效分析高低溫環(huán)境下功能驗(yàn)證可靠性測(cè)試電子零件測(cè)試項(xiàng)目色階比對(duì)分析軟體精密溫度控制系統(tǒng)數(shù)字熒光示波器

/邏輯分析儀

/數(shù)字信號(hào)發(fā)生器/直流電源/萬(wàn)用表高溫烤箱恒溫恒濕試驗(yàn)箱溫度沖擊試驗(yàn)箱紅外加熱回流焊IC可靠性測(cè)試項(xiàng)目—晶圓工藝1.高/低溫操作壽命（OLT--High/LowTemperatureOperatingLife）

目的：考核產(chǎn)品在規(guī)定條件下全工作時(shí)間內(nèi)的可靠性，發(fā)現(xiàn)熱/電壓加速

失效機(jī)理，預(yù)估長(zhǎng)期工作的失效率。

條件(步驟)：125℃（或使結(jié)溫等於額定值），Vddmax,168hrs（消除早期失效元件，把元件帶到隨機(jī)失效區(qū)）1000hrs（進(jìn)入有用壽命期，試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)應(yīng)有用壽命期長(zhǎng)短）。

失效機(jī)理：高溫下晶圓表面和內(nèi)部的雜質(zhì)加速反應(yīng)，缺陷進(jìn)一步生長(zhǎng)，使器件性能退化。可動(dòng)離子聚集導(dǎo)致的表面溝道漏電，結(jié)特性退化，電場(chǎng)加速介質(zhì)擊穿，高溫加速電遷移等。 對(duì)大功率器件，可採(cǎi)用常溫功率負(fù)荷的方式使結(jié)溫達(dá)到額定值。檢驗(yàn)電遷移問(wèn)題，採(cǎi)用大電流高溫加速。ElectronicComponentandModuleFALab.HighTemp.OvenBakeWithbiasWithoutbiasFeature:Temp.Range:Ambient~300℃Resolution:±0.3℃airtoair

For:OperationLifeTestHighTemp.StorageTestControlPanelPackageReliabilityVerifyIC可靠性測(cè)試項(xiàng)目—封裝1.表面貼裝器件的預(yù)處理（Precondition）

目的：類(lèi)比表面貼裝器件被運(yùn)輸/儲(chǔ)存/再流焊到PCB上的過(guò)程

條件(步驟)：1.T/C(-40℃~60℃，5cycles，模擬空運(yùn))2.Bake（125℃，24hrs，去除濕氣)

3.MoistureSoak(模擬打開(kāi)防潮包裝後的儲(chǔ)存,條件由MSL定

1:

85℃/85%RH，168hrs；

2:85℃/60%RH，168hrs…)

4.Reflow(3cycles，模擬回流焊，條件與是否無(wú)鉛工藝/塑封大

小有關(guān)

)5.C-SAM

失效機(jī)理：因聚集在塑封體內(nèi)各介面的水汽在表面貼裝過(guò)程中迅速膨脹

及材料的不匹配而導(dǎo)致介面分層或塑封體開(kāi)裂，影響產(chǎn)品可

靠性，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致開(kāi)路。ElectronicComponentandModuleFALab.Step1:C-SAMInspectionPre-conditionStep2:Temp.CyclingStep3:HighTemp.BakeStep4:SoakStep5:IRReflowStep6:C-SAMCheckPackageReliabilityVerifyIC可靠性測(cè)試項(xiàng)目--封裝Precondition失效現(xiàn)象

DelaminationPackageCrackIC可靠性測(cè)試項(xiàng)目--封裝2.溫度循環(huán)/衝擊(TCT，TST)失效現(xiàn)象MetalOpenBallLiftElectronicComponentandModuleFALab.PackageReliabilityVerifyTemp.&Humi.TesterEnvironmentalTHTTCTThermalShockTesterFeature:Temp.Range:﹕-40℃~150℃Humi.Range:﹕0~98%RHResolution:0.01℃/0.1%RHFor:HighTemp.&HumidityTestwithoutbiasHighTemp.&HumidityTestwithbiasFor:Temp.ShockTestTemp.cyclingTestFeature:LowTemp.:0℃~-55℃HighTemp.:60℃~150℃TransferTime:within5Min.Temp.ProfileIC可靠性測(cè)試項(xiàng)目--封裝3.高溫蒸煮(PressureCookerTest/Autoclave)

目的：檢驗(yàn)器件抵抗水汽侵入及腐蝕的能力，不包括外部腐蝕。

條件(步驟)：121℃/100%RH，205kPa（2atm），168hrs

失效機(jī)理：濕氣通過(guò)塑封體及各介面被吸入並到達(dá)晶片表面,在鍵合區(qū)形成原電池而加速鋁的腐蝕。另外，水汽帶入的雜質(zhì)在器件表面形成漏電通道。鋁墊腐蝕IC可靠性測(cè)試項(xiàng)目--封裝4.高溫高濕/高加速高溫高濕—(THT/HASTTemp.&Humidity/HighAcceleratedStressTest)

目的：模擬非密封器件在高溫高濕環(huán)境下工作，檢驗(yàn)塑封產(chǎn)品抗水汽侵入並腐蝕的能力。

條件(步驟)：THT--85℃/85%RH,bias,1000hrs

HAST--130℃/85%RH/2atm,bias,100hrs。

失效機(jī)理：相對(duì)高壓蒸煮，偏置電壓在潮濕的晶片表面加速了鋁線(xiàn)及鍵合區(qū)的電化學(xué)腐蝕。同時(shí)，水汽帶入的雜質(zhì)及塑封體內(nèi)的雜質(zhì)在電應(yīng)力作用下聚集在鍵合區(qū)附近和塑封體內(nèi)引腳之間而形成漏電通道。24hrsHAST≈1000hrsTHT。

LifeTest(Burn-in)machine

ReliabilityTestMachineEvaluateproductlifewithbiasEvaluateproductdurabilityatspecifiedtemperatureandhumidityTemperatureandHumiditymachine----20oC~100oC,20%~98%RHReliabilityTestMachineOven,Refrigerator----200oCMax,-60oCMinEvaluateproductdurabilityathigh,lowtemperatureReliabilityTestMachineThermalCycling,Shockmachine-----80oC~220oCEvaluateproductresistanceunderspecifiedthermalstressIR-ReflowReliabilityTestMachine

EvaluatesolderingheatresistancethroughIRre-flow

PressureCooker----30PSIEvaluateproductdurabilityathighpressure19ESD(ElectrostaticDischarge)目的：此類(lèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)估IC在運(yùn)輸或裝配過(guò)程中，或正常操作下可能受靜電破壞,評(píng)估IC對(duì)靜電破壞承受能力的測(cè)試實(shí)驗(yàn)條件：HBM:1.5KΩ,100PF/MM:200PFZaptyp:AllpintoGND&PowerPin-to-Pin

VDD-to-VssSampleSize:6pcs,(HBM3pcs,MM3pcs)設(shè)備：Zap

MasterMK2檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：JESD22A-114/JESD22A-115,電性測(cè)試與I-V均pass20ESD(ElectrostaticDischarge)目的：此類(lèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)估IC在運(yùn)輸或裝配過(guò)程中，或正常操作下可能受靜電破壞,評(píng)估IC對(duì)靜電破壞承受能力的測(cè)試實(shí)驗(yàn)條件：Field-InducedCharged-DeviceModelDischargetyp:AllpintoGNDSampleSize:3pcs設(shè)備：RCDM3檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：JEDECEIA/JESD22-C101-B,ESDASTM5.3.1電性測(cè)試pass失效分析定義：對(duì)電子元器件失效原因的診斷過(guò)程叫失效分析。進(jìn)行失效分析往往需要進(jìn)行電測(cè)量并採(cǎi)用先進(jìn)的物理、冶金及化學(xué)的分析手段。失效分析的目的：確定失效模式和失效機(jī)理，提出糾正措施，防止這種失效模式和失效機(jī)理的重複出現(xiàn)。失效模式是指觀察到的失效現(xiàn)象、失效形式，如開(kāi)路、短路、參數(shù)漂移、功能失效等。失效機(jī)理是指失效的物理化學(xué)過(guò)程，如疲勞、腐蝕和過(guò)應(yīng)力等。2122常用檢測(cè)手段（1）23常用檢測(cè)手段（2）24常用檢測(cè)手段（3）25常用檢測(cè)手段（4）26常用檢測(cè)手段（4）27常用檢測(cè)手段（5）28常用檢測(cè)手段（6）29常用樣品製備手段30常用檢測(cè)分析工具（1）OpticalMicroscope

10-4mm/inch;~2500XProfileProjector10-4mm;~50XOpticalMicroscopeCamera~63XThreeDimensionProject10-4mm/inch

~180X

常用檢測(cè)分析工具（1）32常用檢測(cè)分析工具（2）Curvetracer370B

功能:通過(guò)調(diào)整可控的輸入電壓電流值,並檢測(cè)通過(guò)元件後輸出端的電壓以及電流值,以確定元件的電性參數(shù).

用途:測(cè)試Diode,BJT,MOSFET,JEFT等Discrete元件的基本電性參數(shù)如:二極管的正反向