可靠性試驗(yàn)的定義與重要性

可靠性試驗(yàn)是一種系統(tǒng)化的測(cè)試流程，通過(guò)模擬芯片在實(shí)際應(yīng)用中可能遇到的各種環(huán)境條件和工作狀態(tài)，對(duì)芯片的性能、穩(wěn)定性和壽命進(jìn)行全面評(píng)估。在芯片研發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中，可靠性試驗(yàn)不僅是驗(yàn)證產(chǎn)品性能的重要手段，更是提高產(chǎn)品可靠性和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)芯片進(jìn)行嚴(yán)格的可靠性測(cè)試，可以提前發(fā)現(xiàn)潛在的故障模式和失效機(jī)制，從而為設(shè)計(jì)優(yōu)化和工藝改進(jìn)提供方向，降低產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中的故障率，延長(zhǎng)使用壽命，提升用戶滿意度。

芯片可靠性試驗(yàn)的主要類型

1.環(huán)境試驗(yàn)環(huán)境試驗(yàn)是芯片可靠性試驗(yàn)的重要組成部分，主要用于評(píng)估芯片在不同環(huán)境條件下的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。

常見(jiàn)的環(huán)境試驗(yàn)包括高溫工作壽命（HTOL）、低溫工作壽命（LTOL）、溫度循環(huán)（TCT）和高加速溫濕度應(yīng)力試驗(yàn)（HAST）等。

（1）高溫工作壽命（HTOL）試驗(yàn)

HTOL試驗(yàn)是一種經(jīng)典的芯片可靠性測(cè)試方法，通過(guò)將芯片置于高溫環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，模擬實(shí)際使用中的熱應(yīng)力和老化過(guò)程。測(cè)試溫度通常在100°C至150°C之間，持續(xù)時(shí)間可根據(jù)芯片規(guī)格和應(yīng)用需求進(jìn)行調(diào)整。在高溫條件下，芯片的電氣特性、性能和可靠性會(huì)被實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄。通過(guò)HTOL試驗(yàn)，可以檢測(cè)到由于熱擴(kuò)散、結(jié)構(gòu)破壞或材料衰變等原因引起的故障，如電阻變化、電流漏泄、接觸不良和金屬遷移等。這些故障模式的發(fā)現(xiàn)有助于評(píng)估芯片在高溫環(huán)境下的長(zhǎng)期可靠性，并為改進(jìn)設(shè)計(jì)和制造工藝提供重要參考。

（2）低溫工作壽命（LTOL）試驗(yàn)

LTOL試驗(yàn)則專注于評(píng)估芯片在低溫條件下的可靠性和壽命。在一些極端應(yīng)用場(chǎng)景，如航空航天、軍事和醫(yī)療等領(lǐng)域，芯片可能需要在極低溫度下正常工作。LTOL試驗(yàn)通過(guò)在低溫環(huán)境下對(duì)芯片進(jìn)行加速老化測(cè)試，幫助制造商了解芯片在低溫環(huán)境下的穩(wěn)定性。測(cè)試過(guò)程中，芯片的電氣性能和可靠性會(huì)被詳細(xì)記錄和分析，以確保其能夠在極端低溫條件下保持正常功能。

（3）溫度循環(huán)（TCT）試驗(yàn)TCT試驗(yàn)旨在模擬芯片在實(shí)際使用中因溫度變化而產(chǎn)生的熱應(yīng)力和材料疲勞。

測(cè)試過(guò)程中，芯片會(huì)在不同溫度之間進(jìn)行循環(huán)暴露，通常在低溫（如-40°C）和高溫（如125°C）之間切換。這些問(wèn)題可能導(dǎo)致接觸不良、焊接斷裂和金屬疲勞等故障，從而影響芯片的可靠性和使用壽命。TCT試驗(yàn)的結(jié)果為芯片在溫度變化環(huán)境下的性能評(píng)估提供了重要依據(jù)。

（4）高加速溫濕度應(yīng)力試驗(yàn)（HAST）

HAST試驗(yàn)是一種加速老化測(cè)試方法，通過(guò)將芯片置于高溫高濕的極端環(huán)境中（通常為85°C和85%相對(duì)濕度），并施加電壓或電流，以加速芯片的老化過(guò)程。這種測(cè)試方法可以在較短時(shí)間內(nèi)模擬芯片在實(shí)際使用中的長(zhǎng)期老化情況，提前發(fā)現(xiàn)潛在的故障和問(wèn)題。HAST試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是加速老化速度快，能夠在短時(shí)間內(nèi)獲得芯片的可靠性信息，并且可以提供更大的濕度差異，更好地模擬實(shí)際應(yīng)用中的濕度環(huán)境。

2.壽命試驗(yàn)

壽命試驗(yàn)是芯片可靠性試驗(yàn)的另一重要類別，主要用于評(píng)估芯片在長(zhǎng)期使用過(guò)程中的性能變化和失效機(jī)制。常見(jiàn)的壽命試驗(yàn)包括高溫工作壽命（HTOL）、高溫存儲(chǔ)壽命（HTSL）和偏壓壽命試驗(yàn)（BLT）等。

（1）高溫存儲(chǔ)壽命（HTSL）試驗(yàn)

HTSL試驗(yàn)通過(guò)將芯片長(zhǎng)時(shí)間存放在高溫環(huán)境中（通常為125°C到175°C），評(píng)估芯片在高溫存儲(chǔ)條件下的可靠性和壽命。與HTOL試驗(yàn)不同，HTSL試驗(yàn)中芯片處于非運(yùn)行狀態(tài)，主要用于模擬芯片在高溫存儲(chǔ)過(guò)程中的老化情況。通過(guò)HTSL試驗(yàn)，可以確定芯片在高溫環(huán)境下的長(zhǎng)期可靠性，為芯片的存儲(chǔ)和運(yùn)輸條件提供重要參考。

（2）偏壓壽命試驗(yàn)（BLT）

BLT試驗(yàn)用于評(píng)估芯片在長(zhǎng)期偏置和高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性。在測(cè)試過(guò)程中，芯片會(huì)被施加恒定的偏置電壓，并暴露于高溫環(huán)境中。偏置電壓的大小通常根據(jù)芯片規(guī)格和應(yīng)用需求進(jìn)行設(shè)定。通過(guò)監(jiān)測(cè)和記錄芯片在持續(xù)高溫和偏置條件下的特性、性能和可靠性變化，可以檢測(cè)到由于偏壓和高溫引起的偏壓老化效應(yīng)，如硅介質(zhì)損失、界面陷阱形成和能帶彎曲等問(wèn)題。BLT試驗(yàn)的結(jié)果為芯片在長(zhǎng)期使用和高溫環(huán)境下的可靠性評(píng)估提供了重要依據(jù)。

3.機(jī)械與電氣試驗(yàn)

除了環(huán)境和壽命試驗(yàn)外，芯片可靠性試驗(yàn)還包括機(jī)械試驗(yàn)和電氣試驗(yàn)，用于評(píng)估芯片在物理沖擊、振動(dòng)和電氣應(yīng)力條件下的性能和穩(wěn)定性。

（1）跌落測(cè)試（DT）

跌落測(cè)試用于評(píng)估芯片在物理沖擊和振動(dòng)環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性。測(cè)試過(guò)程中，芯片會(huì)被安裝在特制的跌落測(cè)試設(shè)備上，并進(jìn)行控制的跌落或震動(dòng)操作。測(cè)試設(shè)備通常會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)格定義的沖擊或振動(dòng)力度、方向和頻率，以模擬實(shí)際使用中可能遇到的物理應(yīng)力。通過(guò)跌落測(cè)試，可以檢測(cè)到由于跌落或震動(dòng)引起的連接斷裂、結(jié)構(gòu)損壞和材料破裂等問(wèn)題。測(cè)試結(jié)果為芯片在實(shí)際使用條件下的抗沖擊和抗振動(dòng)能力評(píng)估提供了重要參考。

（2）靜電放電（ESD）測(cè)試

ESD測(cè)試是評(píng)估芯片在靜電環(huán)境下的抗干擾能力和可靠性的重要試驗(yàn)。靜電放電是由于絕緣體表面相互摩擦或分離而產(chǎn)生的非平衡電荷。當(dāng)這些靜電荷從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面時(shí)，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)形成高電壓脈沖電流。

（3）閂鎖測(cè)試（Latch-up）

閂鎖測(cè)試是一種評(píng)估芯片在極端環(huán)境下是否會(huì)出現(xiàn)意外斷電等異常情況的測(cè)試。測(cè)試過(guò)程中，會(huì)在芯片的電源輸入端加入一個(gè)電壓保護(hù)器，然后通過(guò)高速開(kāi)關(guān)控制電源輸入端的電源開(kāi)關(guān)，模擬突然斷電的情況，以測(cè)試芯片在此情況下的表現(xiàn)和恢復(fù)能力。

可靠性試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)化

為了確保芯片可靠性試驗(yàn)的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，國(guó)際上制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試規(guī)范和方法，如ILM-STD、JEDEC、IEC、JESD、AEC和EIA等。這些規(guī)范涵蓋了芯片在不同環(huán)境條件、工作狀態(tài)和應(yīng)用場(chǎng)景下的可靠性測(cè)試要求，為芯片制造商和測(cè)試實(shí)驗(yàn)室提供了統(tǒng)一的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和操作指南。