可靠性测试介绍

可靠性測試簡介12大綱1.可靠性測試基本概念2.可靠性測試標準3.可靠性測試分類4.IC產品常用可靠性測試簡介3可靠性測試基本概念1.質量與可靠性質量:一组固有特性满足要求的程度

质量是对满足程度的描述，满足要求的程度的高低反映为质量的

好坏，在比较质量的优劣时，应注意在同一等级上进行比较。

可靠性:产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力

可靠性的概率度量称可靠度(即完成规定功能的概率)。

产品或产品的一部分不能或将不能完成规定功能(Spec)的事件或状

态称故障，对电子元器件来说亦称失效。

2.質量與可靠性的相關性

質量提高

器件一致性變好

可靠性更均勻質量缺陷的解決

該缺陷引起的可靠性失效也會解決43.可靠性試驗可靠性試驗是評估產品一定時間內可靠性水準,暴露存在的問題。規定條件—環境條件(溫度/濕度/振動等)，負載大小，工作方式等。規定時間—隨時間推移，產品可靠度下降。規定功能—所有功能和技術指標。4.EFR，FIT，DPPM，MTBF和MTTFEFR:

EarlyFailRate(早期失效率)FIT:Failure

In

Time(失效率:某時刻尚未失效的器件繼續工作下去

時在單位時間內失效的幾率。失效率是可靠性測試中最關鍵的參數.)

DPPM:DefectivePartsPerMillion(百万分比的缺陷率)

MTBF:MeanTimeBetweenFailure(平均無故障間隔時間)MTTF:MeanTimeToFail(平均故障失效時間)可靠性測試基本概念55.常見失效機理熱效應金線熱疲勞而斷開,塑封體裂紋引起密封性失效,粘片層空洞引起熱阻增大,鈍化層開裂,晶片開裂,鋁再結構造成開/短路,鍵合處出現紫斑開路等化學效應引腳腐蝕,塑封/介面/裂紋吸濕引起鋁線腐蝕/鍵合區電化學腐蝕,水汽帶入的離子引起漏電,塑封體中的雜質離子引起漏電等電效應強電場導致柵氧擊穿/MOS電容擊穿,大電流發熱導致多晶電阻燒毀/PN結區矽燒熔/金屬間電弧/鋁燒熔/塑封碳化等。機械應力振動,加速度,應力等可靠性測試基本概念6可靠性測試基本概念5.常見失效機理7可靠性測試基本概念TimeFailureRateInfantMortalityProductLifeTimeWearOutConsumer1~5yearsCommercial 5yearsIndustrial 10yearsAutomotive 10-20years???>20years随机失效早期失效有用寿命期6.失效率曲线(Bathtubcurve)早期失效：產品本身存在的缺陷（設計缺陷/工藝缺陷）造成，改進設計

/材料/工藝的品質管制，可明顯改善早期失效率偶然失效：失效率低且穩定，不當應用是失效主要原因耗損失效：磨損、老化、疲勞等引起產品性能惡化。如緩慢的化學變化使材料退化，壓焊點氧化等8可靠性測試標準9可靠性測試標準JEDEC:JointElectronDeviceEngineeringCouncil

電子設備工程聯合委員會IEC:InternationalElectrotechnicalCommission

国际电工委员会

MIL-STD:MilitaryStandard

美國軍用標準

EIAJED:ElectronicsIndustriesAssociationofJapan

日本電子工業協會

AEC:AutomotiveElectronicsCouncil

汽車電子聯合委員會

10可靠性測試標準11可靠性測試標準12可靠性測試分類13可靠性測試分類14可靠性測試分類15IC產品常用可靠性測試簡介JESD47---Stress-Test-DrivenQualificationofIntegratedCircuits集成电路应力测试驱动資質

Pre-con(PreconditioningtoReliabilitytest)

HTRB(HighTemperatureReverseBiasTest)

HTST(HighTemperatureStorageLifeTest)

THBT/THT(TemperatureHumidityBiasTest)

HAST(HighlyAcceleratedTemperatureandHumidityStress)

TCT(TemperatureCyclingTest)PCT(PressureCookerTest/Autoclave)Solderability16IC產品常用可靠性測試簡介Attention:

Step5.MoistureSoak測試條件由IC的MSLLevel決定:

Level1：85°C/85%RH/168H

Level2：85°C/60%RH/168H

Level2a：30°C/60%RH/696H

Level3：30°C/60%RH/192H

MSLTest:

Selectaminimumsampleof22unitsforeachmoisturesensitivityleveltobetested(JESD-020D)

MSL等級驗證與Pre-con區別：

MSL測試無TCT測試Precondiction目的：模拟表面贴装器件被运输/储存/再流焊到PCB上的过程17IC產品常用可靠性測試簡介InitialElectricalTestVisualInspectionTemperatureCyclingBakeMoistureSoakReflowVisualInspectionFinalElectricalTest-40°C/60°C,5cycles125°C,24hoursT<2H15Min<T<4H85°C/85%RH,

168hoursTpeak=260°C3cyclesambientforMin.15minutes注意事項:

1.烘烤完成后2小時內必須進行浸泡

2.浸泡完成后15分鐘~4小時內必須進行IRreflow.如果上述要求不能滿足﹐則必須對料件進行重新烘烤和浸泡

3.IRcycle之間﹐器件必須充分冷卻(間隔時間大於5分鐘小于1小時)18IC產品常用可靠性測試簡介2.HTOL(HighTemperatureOperatingLife)目的：在高溫下類比正常工作極限條件所做加速測試,發現

熱/電壓加速失效機理,估計產品長期使用下的可靠度條件：

168/500/1000Hrs

125℃WithBiasVcc>Vccmax（參考DS參數）

SampleSize:22/77pcs失效機理:高溫下晶片表面和內部的雜質加速反應，缺陷進一步生長，使器件性能退化,可動離子富集導致的表面溝道漏電，結特性退化，電場加速介質擊穿，高溫加速電遷移等。設備：

Oven/DCpowersupply檢測標準：JESD22-A108D/電性測試符合Spec

19IC產品常用可靠性測試簡介3.HTST(HighTemperatureStorageLifeTest)目的：類比IC存儲高溫環境測試，測試封裝的打線品性，離子污染，

敏感化學成份導致破壞或鋁導線之電遷移條件：168/500/1000Hrs

150℃

SampleSize:22/77pcs失效機理:因擴散導致矽鋁共熔而使接觸電阻增大直致開路,金鋁鍵合因形成

合金而退化（紫斑）,高溫下鈦阻擋層缺陷,塑封料高溫加速老化

導致絕緣/防護性能劣化或釋放雜質,表面沾污高溫下加速腐蝕設備：

Oven檢測標準：JESD22-A103D/電性測試符合Spec

20IC產品常用可靠性測試簡介4.TCT(TemperatureCyclingTest)目的：測試升溫,降溫,熱脹冷縮機械應力對封裝可靠度之影響條件：500Cycles,-65℃/15min~150℃/15min

SampleSize:22/77pcs失效機理:不同材料間熱膨脹係數差異造成介面熱匹配問題，造成金線斷裂,

鍵合脫落,塑封開裂（密封性失效）,介面分層（熱阻增大）,

鋁線再結構（開短路）,鈍化層開裂,矽鋁接觸開路,晶片背面劃痕

繼續長大導致晶片開裂。設備：冷熱衝擊實驗柜（TemperatureCyclesChamber)檢測標準：JESD22-A104/電性測試符合SpecAttention:TST(TemperatureShockTest)測試與TCT不同之處在於，TCT溫變速率緩慢，TST溫變速率極快21IC產品常用可靠性測試簡介5.THBT/THT(TemperatureHumidityBiasTest)目的：類比IC存儲高溫高濕下環境測試，測試內部電路與Package封裝，

在長時間使用下耐濕度的可靠度條件：

168/500/1000Hrs85℃/85RH%,WithBiasVccmax

SampleSize:22/77pcs失效機理:相對高壓蒸煮,偏置電壓在潮濕的晶片表面加速了鋁線及鍵合區的

電化學腐蝕。同時，水汽帶入的雜質及塑封體內的雜質在電應力

作用下富集在鍵合區附近和塑封體內引腳之間而形成漏電通道。設備：恒溫恒濕柜（TemperatureHumidityChamber)檢測標準：JESD22-A101C/電性測試符合Spec

22IC產品常用可靠性測試簡介6.HAST(HighlyAcceleratedTemperatureandHumidityStress)目的：利用數種環境壓力,應力,濕氣來加速水汽滲入，進而評估

內部電路與Package封裝是否可抵抗水汽滲入條件：

96Hrs,130℃/85RH%,WithBiasVccmaxSampleSize:22/77pcs失效機理:同THBT,24hrsHAST≈1000hrsTHBT設備：高加速壽命試驗機檢測標準：JESD22-A110D/電性測試符合Spec23IC產品常用可靠性測試簡介7.PCT(PressureCook/Autoclave)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

其失效過程檢驗器件抵抗水汽侵入及腐蝕的能力條件：96Hrs,130℃/100%RH,15PSIG（2atm）

SampleSize:22/77pcs失效機理:濕氣通過塑封體及各介面被吸入並到達晶片表面,在鍵合區形成

原電池而加速鋁的腐蝕。另外，水汽帶入的雜質在器件表面形成

漏電通道。設備：

壓力鍋參考標準：JESD22-A102/EIAJED-4701-B12324IC產品常用可靠性測試簡介8.HTRB(Hightemperaturereversebias)---ForDiscreteH3TRB(HighHumidityHighTemperatureReverseBias目的：料件反偏條件下（施加電壓達到或者接近80%反向擊穿電壓）

判定反向電流是否會發生持續增長以及判定材料的散熱性條件：1000hrs150℃,80%BVrRatingSampleSize:77pcs失效機理:高溫下芯片由於應力作用(溫度和電壓)表面和内部的杂质加速反应，暴漏出PN結的非完整性、晶片的缺陷及離子污染等級，使

在兩個或是多個PN結之間形成大的漏電流設備：

恆溫恆濕柜&DCPower參考標準：JESD22-A101/AEC-Q10125IC產品常用可靠性測試簡介9.HTGB(Hightemperaturegatebias)---ForMOSFET目的：對产品柵極加偏壓，使器件工作在或者靠近最大額定電壓水平的

靜態工作模式，加速失效進程條件：1000hrs150℃,100%VgsRatingSampleSize:77pcs失效機理:高溫下芯片由於應力作用(溫度和電壓)，表面和内部的杂质加速

反应，暴漏出柵極氧化層的非完整性及離子污染等級，使柵極

氧化層形成大的漏電流設備：

高溫烤箱&DCPower參考標準：JESD22-A101/AEC-Q10126IC產品常用可靠性測試簡介10.Solderability粘錫目的:

1.電路板沾錫能力測定

2.SMT零件和DIP零件，銲接曲線參考數據模擬及粘錫能力測定粘錫方法:

Wettingbalance(天平法)/Solderport(錫爐法)測試標準:IEC60068-2-692007/JESD22-B102D測試原理:(如下)27IC產品常用可靠性測試---進階Discrete料件帶電類可靠性測試介紹及比對HTRB&HTGB可靠性壽命測試解讀可靠性試驗實驗中斷時間特殊要求活化能及SAT疑點可靠性测试之寿命計算溫濕度加速時間計算J-STD-020簡介28IC產品常用可靠性測試---MSLMSL(MoistureSensitivityLevel)是湿气敏感性等级的意思。MSL的提出就是为了给湿度敏感性SMD元件的封装提供一种分类标准。从而使不同类型的元件能够得到正确的封装、储藏和处理，避免在装配或修理过程中出现事故。影響MSL的重要因素是元件的材料及其厚度1.材料對元件潮濕敏感度的影響體現在透水性。如Dieattachmaterial,moldcompound,Leadframe/substrate,Diesize/thickness等均會影響器件的MSL2.厚度對元件潮濕敏感度的影響體現在兩個方面：a.厚度大(體積大)的器件溫度升高慢，相對危害時間短。b.厚度大的器件完全滲透時間較長，即其Floorlife相對較久。29IC產品常用可靠性測試---MSL濕氣危害：

通常封装完的IC，胶体或SubstratePCB在一般的环境下会吸收湿气，造成IC在过SMT回流焊时，发生“爆米花”(POPCORN)的状况。湿气敏感性等级被用来定义IC在吸湿及保存期限的等级，若IC超过保存期限，则无法保证不会因吸收太多湿气而在SMT回流焊时发生POPCORN现象。因此对于超过保存期限的IC要进行烘烤。滲入水分回焊爐T<100℃,水分聚集到材料界面回焊爐T≧100℃,水分蒸發，壓力增加，出現剝離30IC產品常用可靠性測試---MSLMSD危害表現形式:1.Packagecrack2.Delamination3.Electricalopen/shortDiesurfacedelaminationleadframedelaminationDieattachdelamination31IC產品常用可靠性測試---MSL湿气不仅严重加速了电子元器件的损坏，而且对元件在焊接过程中的影响也是非常巨大。

这是因为产品生产线上的元件焊接都是在高温下进行波峰焊或回流焊并由焊接设备自动完成的。当将元器件固定到PCB板上时，回流焊快速加热将在元器件内部形成压力，由于不同封装结构材料的热膨胀系数(CTE)速率不同，因此可能产生元器件封装所不能承受的压力。当将元器件暴露在回流焊接期间，由于温度环境不断升高，SMD元件内部的潮气会产生足够的蒸汽压力损伤或毁坏元件。

常见的情况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、和元器件内部出现裂纹(在元件表面无法观察出来)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