Ця стаття містить вичерпний огляд перевірки надійності мікросхем.

Тестування надійності – це процес систематичного оцінювання, який імітує різноманітні стреси навколишнього середовища та робочі навантаження, з якими чіпи можуть зіткнутися в реальних-сценаріях використання за допомогою різнихобладнання для перевірки надійності. Він всебічно перевіряє їх продуктивність, робочу стабільність і термін служби. BOTO, як професійний виробник обладнання для перевірки надійності, надає клієнтам комплексні рішення для обладнання для тестування, щоб переконатися, що мікросхеми можуть стабільно виконувати свої очікувані функції за певних технічних умов.

У дослідницьких і розробних процесах виробництва чіпів перевірка надійності є не лише основним засобом перевірки продуктивності продукту, але й ключем до покращення якості продукту та підвищення конкурентоспроможності на ринку. Проводячи суворе тестування надійності, потенційні режими збоїв і механізми несправностей можна визначити на ранній стадії, таким чином забезпечуючи напрямок для оптимізації дизайну та вдосконалення процесів, зменшуючи ймовірність збою продукту в реальних програмах, подовжуючи їх ефективний термін служби та, зрештою, покращуючи задоволеність користувачів.

I. Екологічні випробування

Тестування навколишнього середовища є основним компонентом оцінки надійності мікросхеми, яке в основному використовується для перевірки адаптивності та стабільності роботи мікросхеми в різних умовах навколишнього середовища. Загальні тести включають високотемпературний термін експлуатації (HTOL), низький термін експлуатації (LTOL), температурні цикли (TCT) і високоприскорене навантаження на температуру та вологість (HAST).

(1) Тест на термін експлуатації при високій температурі (HTOL).

HTOL — класичний метод перевірки надійності мікросхем. Під час цього випробування чіп поміщається в середовище з високою{1}}температурою-в обладнанні для перевірки надійності-на тривалий період, щоб імітувати термічний стрес і процес старіння під час фактичного використання. Температура випробування зазвичай становить від 100 до 150 градусів, а тривалість гнучко встановлюється відповідно до специфікацій чіпа та сценаріїв застосування.

В умовах високої-температури електричні характеристики, продуктивність і надійність мікросхеми постійно контролюються та записуються. За допомогою тестування HTOL можна ідентифікувати типи несправностей, спричинені такими факторами, як теплова дифузія, пошкодження конструкції або старіння матеріалу, наприклад дрейф опору, витік струму, поганий контакт і міграція металу. Виявлення цих режимів несправностей допомагає оцінити довгострокову-надійність мікросхеми за високих-температурних середовищ і забезпечує основу для оптимізації конструкції та вдосконалення процесу.

(2) Тест на термін експлуатації при низьких температурах (LTOL).
Тестування LTOL зосереджено на оцінці надійності та терміну служби чіпів у низько-температурному середовищі. Для екстремальних застосувань, таких як аерокосмічна, військова та медицина, чіпи повинні підтримувати нормальну роботу за надзвичайно низьких температур. Цей тест прискорює старіння мікросхеми за низьких-температур, допомагаючи виробникам зрозуміти їхню стабільність за низьких температур. Під час випробування електричні характеристики мікросхеми реєструються та детально аналізуються, щоб забезпечити надійну роботу в суворих -температурних умовах.

(3) Випробування температурного циклу (TCT).
Тестування TCT моделює вплив теплової напруги та втоми матеріалу, спричинені коливаннями температури під час фактичного використання. Під час випробування чіп неодноразово піддається впливу заданої низької температури (наприклад, -40 градусів) і високої температури (наприклад, 125 градусів).

Температурний цикл ефективно виявляє структурну напругу, різницю в коефіцієнтах теплового розширення та втому паяного з’єднання, спричинену змінами температури. Ці фактори можуть призвести до таких несправностей, як поганий контакт, розтріскування паяних з’єднань або втома металу, що впливає на надійність і термін служби мікросхеми. Результати тестування TCT є важливою довідкою для оцінки продуктивності чіпів у середовищі зі зміною температури.

Випробувальні камери для циклічних змін температури зазвичай використовуються для перевірки надійності обладнання.

(4) Стрес-тест високої прискореної температури та вологості (HAST)

HAST — це прискорений метод оцінки старіння. У цьому тесті чіп поміщається в екстремальне середовище з високою температурою та вологістю (зазвичай 85 градусів /85% відносної вологості) і подається напруга або струм для прискорення процесу старіння. Цей метод може за короткий час відтворити зниження продуктивності чіпа під час тривалого-користування, допомагаючи заздалегідь визначити потенційні дефекти.

Основною перевагою HAST є його висока ефективність прискорення, яка дозволяє отримувати інформацію про надійність мікросхеми за короткий час, забезпечуючи умови вологості, ближчі до реальних сценаріїв застосування.

II. Довічне тестування

Довічне тестування є ще одним важливим компонентом оцінки надійності чіпів, яке в основному використовується для аналізу тенденцій зміни продуктивності та механізмів виходу з ладу чіпів під час тривалого-користування. Загальні проекти включають високотемпературний термін зберігання (HTSL) і випробування на зсув (BLT).

(1) Тест на термін зберігання при високій температурі (HTSL).

Тест HTSL поміщає мікросхему в середовище з високою-температурою (зазвичай від 125 градусів до 175 градусів) протягом тривалого періоду без подачі робочої напруги, щоб оцінити її надійність і робочі характеристики протягом тривалого терміну служби в умовах зберігання при високій{3}}температурі. Цей тест в основному використовується для моделювання ефекту старіння мікросхем через високу-температуру зберігання під час складування чи транспортування. Тестування HTSL уточнює довгострокову-стійкість чіпів до високих-температурних середовищ, надаючи еталон для встановлення умов зберігання та транспортування.

(2) Випробування на стійкість (BLT)
Тестування BLT оцінює стабільність і надійність чіпів під дією тривалої-напруги зсуву та високої температури. Під час випробування до мікросхеми прикладається постійна напруга зсуву, і вона поміщається в середовище з високою-температурою. Значення напруги зміщення визначається відповідно до специфікацій мікросхеми та вимог до застосування. Постійно відстежуючи зміни продуктивності чіпа в умовах високо-температурного зміщення, можна виявити ефекти, спричинені старінням зміщення, наприклад пошкодження шару діелектрика, утворення пастки на інтерфейсі та вигин смуги. Результати тестування BLT є важливою основою для оцінки надійності чіпів під час тривалого-використання та високо-температурного середовища.

III. Механічні та електричні випробування
Окрім випробувань на навколишнє середовище та термін служби, оцінка надійності чіпів також включає механічні та електричні випробування для перевірки продуктивності та стабільності чіпів за умов фізичного удару, вібрації та електричного навантаження.

(1) Тест на падіння (DT)
Випробування на падіння оцінюють надійність мікросхем в умовах фізичного удару та вібрації. Під час випробування чіп закріплюється на спеціальному пристрої та піддається попередньо-заданим операціям падіння або вібрації, щоб імітувати фізичний удар, який він може зазнати під час фактичного використання.

За допомогою випробування на падіння можна виявити такі проблеми, як поломка паяного з’єднання, пошкодження конструкції або руйнування матеріалу, спричинені ударом або вібрацією. Результати тестування надають важливі дані для оцінки стійкості чіпа до ударів і вібрації під час фактичного використання.

(2) Тест на електростатичний розряд (ESD).

Тестування електростатичного розряду є ключовим елементом для оцінки здатності чіпа проти-перешкод в електростатичному середовищі. Електростатичний розряд зазвичай спричинений незбалансованими зарядами, що утворюються внаслідок тертя або роз’єднання поверхонь ізоляційного матеріалу. Коли заряди переносяться з однієї поверхні на іншу за короткий проміжок часу, утворюється високо{3}}імпульсний струм.

Тестування електростатичного розряду в основному використовує два методи: модель розряду людського тіла (HBM) і модель зарядженого пристрою (CDM) для імітації подій електростатичного розряду під час контакту людини з або виробничим обладнанням і для оцінки стійкості мікросхеми за таких умов.

(3) Випробування-на засув
Тестування-з фіксацією використовується для оцінки того, чи чіп зазнає неочікуваного блокування або збою живлення за екстремальних умов, наприклад аномальних коливань живлення. Під час тестування до вхідного терміналу живлення чіпа було додано захисну схему, а раптове відключення електроенергії було змодельовано за допомогою високо-перемикача швидкості, щоб спостерігати за поведінкою чіпа та здатністю відновлення за таких перехідних умов. Цей тест допомагає перевірити надійність мікросхеми в умовах перебоїв у електроживленні.

Щоб забезпечити наукову точність, точність і повторюваність тестування надійності мікросхем, міжнародні організації розробили низку стандартизованих специфікацій і методів тестування, зокрема MIL-STD, JEDEC, IEC, JESD, AEC та EIA. Ці специфікації всебічно охоплюють вимоги до перевірки надійності чіпів за різних умов навколишнього середовища, робочих станів і сценаріїв застосування, надаючи виробникам чіпів і випробувальним лабораторіям уніфіковані стандарти випробувань і робочі рекомендації. BOTO суворо дотримується вищезазначених стандартизованих специфікацій тестування при розробці та виготовленні різного обладнання для тестування надійності, щоб забезпечити високу надійність і послідовність результатів тестування.