可靠性测试介绍
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失效機理:同THBT, 24hrs HAST≈1000hrs THBT 設備：高加速壽命試驗機 檢測標準：JESD22-A110D/電性測試符合Spec
22
IC產品常用可靠性測試簡介
7. PCT (Pressure Cook/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
MIL-STD: Military Standard 美國軍用標準
EIAJED: Electronics Industries Association of Japan 日本電子工業協會
AEC: Automotive Electronics Council 汽車電子聯合委員會
9
可靠性測試標準
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（Temperature Humidity Chamber) 檢測標準：JESD22-A101C/電性測試符合Spec
23
IC產品常用可靠性測試簡介
8. HTRB (High temperature reverse bias)---For Discrete H3TRB(High Humidity High Temperature Reverse Bias
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
設備： Oven 檢測標準：JESD22-A103D/電性測試符合Spec
19
IC產品常用可靠性測試簡介
4.TCT (Temperature Cycling Test)
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
Sample Size: 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,
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
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/DC power supply 檢測標準：JESD22-A108D/電性測試符合Spec
18
IC產品常用可靠性測試簡介
3
可靠性測試基本概念
3.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MTTF
EFR: Early Fail Rate(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: Defective Parts Per Million(百万分比的缺陷率) MTBF: Mean Time Between Failure(平均無故障間隔時間) MTTF: Mean Time To Fail(平均故障失效時間)
-40°C/60°C, 5 cycles
125°C, 24 hours
85°C/85%RH, 168 hours
Tpeak=260°C 3 cycles
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IR reflow.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.IR cycle之間﹐器件必須充分冷卻(間隔時間大於5分鐘小于1小時)
可靠性測試簡介
1
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
2
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。
4
可靠性測試基本概念
5.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
條件： 96Hrs, 130℃/100%RH, 15PSIG（2atm） Sample Size: 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-B123
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（Temperature Cycles Chamber) 檢測標準：JESD22-A104/電性測試符合Spec Attention: TST (Temperature Shock Test)測試與TCT不同之處在於， TCT溫變速率緩慢，TST溫變速率極快20
3.HTST (High Temperature Storage Life Test)
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℃ Sample Size: 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
21
IC產品常用可靠性測試簡介
6.HAST (Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress)
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%,With Bias Vccmax Sample Size: 22/77pcs
條件： 1000 hrs 150℃,80% BVr Rating Sample Size: 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 & DC Power 參考標準： JESD22-A101/AEC-Q101
15
IC產品常用可靠性測試簡介
1. 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
Attention:
Step5.Moisture Soak測試條件由 IC的MSL Level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 MSL Test: Select a minimum sample of 22 units for each moisture sensitivity level to be tested(JESD-020D) MSL等級驗證與Pre-con區別： MSL測試無TCT測試
随机失效
Product Life Time
有用寿命期
Wear Out
Failure Rate
Consumer Commercial Industrial Automotive ???
1~5 years 5 years 10 years 10-20 years >20 years
Time
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
10
可靠性測試標準
11
可靠性測試分類
12
可靠性測試分類
13
可靠性測試分類
14
IC產品常用可靠性測試簡介
JESD47 --- Stress-Test-Driven Qualification of Integrated Circuits 集成电路应力测试驱动資質
Pre-con (Preconditioning to Reliability test) HTRB ( High Temperature Reverse Bias Test) HTST (High Temperature Storage Life Test) THBT/THT (Temperature Humidity Bias Test) HAST (Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress) TCT (Temperature Cycling Test) PCT(Pressure Cooker Test/Autoclave) Solderability
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
7
可靠性測試標準
8
可靠性測試標準
JEDEC : Joint Electron Device Engineering Council 電子設備工程聯合委員會
IEC : International Electrotechnical Commission 国际电工委员会
IC產品常用可靠性測試簡介
5.THBT/THT (Temperature Humidity Bias Test)
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： 168/500/1000Hrs 85℃/85RH%,With Bias Vccmax Sample Size: 22/77pcs
24Hale Waihona Puke Baidu
IC產品常用可靠性測試簡介
9. HTGB (High temperature gate bias)---For MOSFET
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
17
IC產品常用可靠性測試簡介
2.HTOL (High Temperature Operating Life)
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℃ With Bias Vcc>Vcc max（參考DS參數） Sample Size: 22/77pcs
➢ 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
5
可靠性測試基本概念
5.常見失效機理
6
可靠性測試基本概念
6.失效率曲线(Bathtub curve)
早期失效
Infant Mortality
16
IC產品常用可靠性測試簡介
Visual Inspection
Bake
Reflow
Final Electrical
Initial Electrical
Temperature Cycling
Moisture Soak
Visual
Test
Inspection
Test
T<2H
15Min <T<4H
ambient for Min.15minutes
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IC產品常用可靠性測試簡介
7. PCT (Pressure Cook/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
MIL-STD: Military Standard 美國軍用標準
EIAJED: Electronics Industries Association of Japan 日本電子工業協會
AEC: Automotive Electronics Council 汽車電子聯合委員會
9
可靠性測試標準
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（Temperature Humidity Chamber) 檢測標準：JESD22-A101C/電性測試符合Spec
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IC產品常用可靠性測試簡介
8. HTRB (High temperature reverse bias)---For Discrete H3TRB(High Humidity High Temperature Reverse Bias
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
設備： Oven 檢測標準：JESD22-A103D/電性測試符合Spec
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IC產品常用可靠性測試簡介
4.TCT (Temperature Cycling Test)
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
Sample Size: 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,
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
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/DC power supply 檢測標準：JESD22-A108D/電性測試符合Spec
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IC產品常用可靠性測試簡介
3
可靠性測試基本概念
3.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MTTF
EFR: Early Fail Rate(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: Defective Parts Per Million(百万分比的缺陷率) MTBF: Mean Time Between Failure(平均無故障間隔時間) MTTF: Mean Time To Fail(平均故障失效時間)
-40°C/60°C, 5 cycles
125°C, 24 hours
85°C/85%RH, 168 hours
Tpeak=260°C 3 cycles
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IR reflow.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.IR cycle之間﹐器件必須充分冷卻(間隔時間大於5分鐘小于1小時)
可靠性測試簡介
1
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
2
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。
4
可靠性測試基本概念
5.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
條件： 96Hrs, 130℃/100%RH, 15PSIG（2atm） Sample Size: 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-B123
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（Temperature Cycles Chamber) 檢測標準：JESD22-A104/電性測試符合Spec Attention: TST (Temperature Shock Test)測試與TCT不同之處在於， TCT溫變速率緩慢，TST溫變速率極快20
3.HTST (High Temperature Storage Life Test)
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℃ Sample Size: 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
21
IC產品常用可靠性測試簡介
6.HAST (Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress)
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%,With Bias Vccmax Sample Size: 22/77pcs
條件： 1000 hrs 150℃,80% BVr Rating Sample Size: 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 & DC Power 參考標準： JESD22-A101/AEC-Q101
15
IC產品常用可靠性測試簡介
1. 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
Attention:
Step5.Moisture Soak測試條件由 IC的MSL Level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 MSL Test: Select a minimum sample of 22 units for each moisture sensitivity level to be tested(JESD-020D) MSL等級驗證與Pre-con區別： MSL測試無TCT測試
随机失效
Product Life Time
有用寿命期
Wear Out
Failure Rate
Consumer Commercial Industrial Automotive ???
1~5 years 5 years 10 years 10-20 years >20 years
Time
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
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可靠性測試標準
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可靠性測試分類
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可靠性測試分類
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可靠性測試分類
14
IC產品常用可靠性測試簡介
JESD47 --- Stress-Test-Driven Qualification of Integrated Circuits 集成电路应力测试驱动資質
Pre-con (Preconditioning to Reliability test) HTRB ( High Temperature Reverse Bias Test) HTST (High Temperature Storage Life Test) THBT/THT (Temperature Humidity Bias Test) HAST (Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress) TCT (Temperature Cycling Test) PCT(Pressure Cooker Test/Autoclave) Solderability
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
7
可靠性測試標準
8
可靠性測試標準
JEDEC : Joint Electron Device Engineering Council 電子設備工程聯合委員會
IEC : International Electrotechnical Commission 国际电工委员会
IC產品常用可靠性測試簡介
5.THBT/THT (Temperature Humidity Bias Test)
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： 168/500/1000Hrs 85℃/85RH%,With Bias Vccmax Sample Size: 22/77pcs
24Hale Waihona Puke Baidu
IC產品常用可靠性測試簡介
9. HTGB (High temperature gate bias)---For MOSFET
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
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IC產品常用可靠性測試簡介
2.HTOL (High Temperature Operating Life)
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℃ With Bias Vcc>Vcc max（參考DS參數） Sample Size: 22/77pcs
➢ 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
5
可靠性測試基本概念
5.常見失效機理
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可靠性測試基本概念
6.失效率曲线(Bathtub curve)
早期失效
Infant Mortality
16
IC產品常用可靠性測試簡介
Visual Inspection
Bake
Reflow
Final Electrical
Initial Electrical
Temperature Cycling
Moisture Soak
Visual
Test
Inspection
Test
T<2H
15Min <T<4H
ambient for Min.15minutes