赤松城：可靠性测试方案
1.产品测试简介
产品测试是公司产品品质的有效保障，它贯穿于整个产品生命周期，主要包括以下三大类：
Ø 产品功能/性能测试：
验证产品是否达到设计规格书中的功能和性能指标；
Ø 可靠性测试：
测试产品寿命和可靠程度，找出产品在原材料、结构、工艺、环境适应性等方面所存在的问题，是产品量产前*的环节
Ø 量产自动化测试：
批量测试产品，剔除生产工艺缺陷造成的不良品。
下图简介描述了产品整个开发周期，本文重点介绍可靠性测试相关部分。
图 1 产品开发流程
2.可靠性测试
产品的生命周期如下图所示，有3个阶段，可靠性测试的目的在于剔除产品由于原材料、结构、工艺、环境适应性等方面问题造成的早期失效，确保产品的使用期寿命达到设计预期。
图 2 产品生命周期
3.常用可靠性测试规范
电子产品常用的工业级可靠性测试可分为以下几类
Ø 环境应力测试
Ø 电测试
Ø 机械应力测试
Ø 综合测试
3.1 环境应力测试规范
1 环境应力测试规范 标准说明
1.01 上电温湿度循环寿命测试 JESD22-A100-B Cycled Temperature-Humidity-Bias Life Test
1.02 上电温湿度稳态寿命测试 JESD22-A101-B Steady State Temperature Humidity Bias Life Test
1.03 gao加速蒸煮测试 JESD22-A102-C Accelerated Moisture Resistance -Unbiased Autoclave
1.04 gao温储存寿命测试 JESD22-A103-A Test Method A103-A High Temperature Storage Life
1.05 gao温储存寿命测试 JESD22-A103-B High Temperature Storage Life
1.06 温度循环 JESD22-A104-B Temperature Cycling
1.07 上电和温度循环(TC) EIA/JESD22-A105-B Test Method A105-B Power and Temperature Cycling
1.08 热冲击 JESD22-A106-A Test Method A106-A Thermal Shock
1.09 盐雾测试 JESD22-A107-A Salt Atmosphere
1.1 gao温环境条件下的工作寿命测试 JESD22-A108-B Temperature, Bias, and Operating Life
1.11 gao加速寿命测试 JESD22-A110-B Test Method A110-B Highly-Accelerated Temperature and Humidity Stress Test (HAST)
1.12 非密封表贴器件在可靠性测试以前的预处理 JESD22-A113-B Preconditioning of Nonhermetic Surface Mount Devices Prior to Reliability Testing
1.13 不上电的gao加速湿气渗透测试 JESD22-A118 Accelerated Moisture Resistance - Unbiased HAST
1.14 插接器件的抗焊接温度测试 JESD22-B106-B Test Method B106-B Resistance to Soldering Temperature for Through-Hole Mounted Devices
1.15 集成电路压力测试规范 EIA/JESD47 Stress-Test-Driven Qualification of Integrated Circuits
1.16 温度循环 JESD22-A104C Temperature Cycling
表 1 环境应力测试项目
3.2 电测试规范
2 | 电测试规范 |
|
2.01 | 人体模型条件下的静电放电敏感度测试 | JESD22-A114-B Electrostatic Discharge (ESD) Sensitivity Testing Human Body Model (HBM) |
2.02 | 机器模型条件下的静电放电敏感度测试 | EIA/JESD22-A115-A Electrostatic Discharge (ESD) Sensitivity Testing Machine Model (MM) |
2.03 | EEPROM的擦涂和数据保存测试 | JESD22-A117 Electrically Erasable Programmable ROM (EEPROM) Program/Erase Endurance and Data Retention Test |
2.04 | 集成电路器件闩锁测试 | EIA/JESD78 IC Latch-Up Test |
2.05 | 微电子器件在电荷感应模型条件下的抗静电放电测试 | JESD22-C101-A Field-Induced Charged-Device Model Test Method for Electrostatic-Discharge-Withstand Thresholds of Microelectronic Components |
表 2 电测试项目
3.3机械应力测试规范3 机械应力测试规范
3.01 振动和扫频测试 JESD-22-B103-A Test Method B103-A Vibration, Variable Frequency
3.02 机械冲击 JESD22-B104-A Test Method B104-A Mechanical Shock
3.03 焊线邦定的剪切测试方法 EIA/JESD22-B116 Wire Bond Shear Test Method
3.04 焊球的剪切测试 JESD22-B117 BGA Ball Shear BGA
3.05 折弯测试 JESD22B113 Board Level Cyclic Bend Test Method for Interconnect Reliability Characterization of Components for Handheld Electronic Products
3.06 掉落测试 JESD22-B111 Board Level Drop Test Method of Components for Handheld Electronic Products, July 2003 [Text-jd039]
表 3 机械应力测试项目
3.4 综合测试规范4 综合测试规范
4.01 密封性测试 JEDEC Standard No.22-A109 Test Method A109 Hermeticity
4.02 集成电路器件中使用的有机材料水分扩散和水溶性测定测试方法 Test Method for the Measurement of Moisture Diffusivity and Water Solubility in Organic Materials Used in Integrated Circuits
4.03 物理尺寸的测量 JESD22-B100-A Physical Dimensions
4.04 外观检查 JESD22-B101 Test Method B101 External Visual
4.05 可焊性测试方法 EIA/JESD22-B102-C Solderability Test Method
4.06 器件管脚的完整性测试 EIA/JESD22-B105-B Test Method B105-B Lead Integrity
4.07 图标的耐久性测试 EIA/JESD22-B107-A Test Method B107-A Marking Permanency
4.08 表贴半导体器件的共面性测试 JESD22-B108 Coplanarity Test for Surface-Mount Semiconductor Devices
表 4 综合测试项目
3.5 其他规范5 其它规范
5.01 湿度敏感器件的符号和标识 JEP113-B Symbol and Labels for Moisture-Sensitive Devices
5.02 硅半导体器件的失效机理和模型 EIA/JEP122 Failure Mechanisms and Models for Silicon Semiconductors Devices
5.03 针对非密封表贴半导体器件的湿度/回流焊敏感度分级 IPC/JEDEC J-STD-020A Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid State Surface Mount Devices
5.04 湿度/回流焊敏感标贴器件的处理、包装、运输和使用的标准 IPC/JEDEC J-STD-033 Standard for Handling, Packing, Shipping and Use of Moisture/Reflow Sensitive Surface Mount Devices
5.05 产品文档分类建议 EIA/JEP103-A Suggested Product-Documentation Classifications and Disclaimers
5.06 针对非密封表贴半导体器件的湿度/回流焊敏感度分级 Supersedes IPC/JEDEC J-STD-020D August 2007, March 2008 [Text-jd037] IPC/JEDEC J-STD-020D.1 Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid State Surface Mount Devices
表 5 其他
4. 常用标准- JESD47：集成电路压力测试规范
JESD47是在工业级电子产品领域应用较为广泛的可靠性测试标准，它定义了一系列测试项目，用于新产品，新工艺或工艺发生变化时的可靠性测试。
4.1 参考文献
| 标准 | 说明 |
1 | UL94 | 设备和器具零件塑料材料易燃性试验。 |
2 | ASTM D2863 | 用氧指数法测定塑料的可燃性 |
3 | IEC Publication 695 | 防火测试 |
4 | JP-001 | 晶圆厂工艺验证准则 |
5 | J-STD-020 | Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid |
6 | JESD22 系列 | 封装设备的可靠性测试项目 |
7 | JESD46 | Guidelines for User Notification of Product/process Changes by Semiconductor Suppliers. |
8 | JESD69 | 硅器件信息（不同产品）要求参照标准 |
9 | JESD74 | 电子产品的早期寿命失效率计算准则 |
10 | JESD78 | 芯片Latch Up测试。 |
11 | JESD85 | 计算FIT(10小时失效一次为1 FIT)单位故障率的方法 |
12 | JESD86 | 电气参数评估 |
13 | JESD94 | ,Application Specific Qualification using Knowledge Based Test Methodology. |
14 | JESD91 | Methods for Developing Acceleration Models for Electronic Component Failure Mechanisms. |
15 | JEP122 | 半导体故障机制 |
16 | JEP143 | 固态可靠性评估资格认定方法 |
17 | JEP150 | Stress-Test-Driven Qualification of and Failure Mechanisms Associated with Assembled Solid State Surface-Mount Components. |
18 | JESD201 | ,Environmental Acceptance Requirements for Tin Whisker Susceptibility of Tin and Tin Alloy Surface Finishes |
19 | JESD22A121 | 锡和锡合金表面涂层的晶须生长测试方法 |
表 6 JESD47标准参考文献
4.2 样品数计算
N >= 0.5 [Χ2 (2C+2, 0.1)] [1/LTPD – 0.5] + C
C = 接受数量, N=zui小样品数, Χ 2 = Chi Squared distribution value（卡方分布值）for a 90% Confidence Level,
and LTPD is the desired 90% confidence defect level.
图 3 LTPD抽样标准
4.3早期失效率计算
Ø 目的：ELFR ( Early Life Failure Rate)早期失效测试，主要反映出产品在zui初投入使用的几个月时间内产品的质量情况，评估产品及设计的稳定性，加速缺陷失效率，去除由于先天原因失效的产品。
名称 | 条件 | 测试时间 | 具体操作 | 失效原理 |
ELFR （早期失效测试） | 测试TJ温度控制在125度，被测产品上电，且为zui大工作电压（比额定工作电压gao5%—10%），芯片的引脚按照应用的状态进行搭接。 | 48 h<t<168 h （zui有效的参考时间是168h） | 在规定条件下执行完测试，在12小时内进行电气测试（zui大延时在24小时内），判断样本失效数量。 | 材料或工艺的缺陷包括诸如氧化层缺陷，金属刻镀，离子玷污等由于生产造成的失效。 |
表 7 早期失效测试
抽样标准：早期失效测试的样本需从zui少三组不连续的产品批次中抽取，并由具有品质代表性的样本组成。所有样本应在同一地点用同样的流程进行组装和收集。在60%的可信度时，以百万分之一的失效(FPM)为单位，下图说明了想要达到不同的早期失效率目标的zui小样本数量。
图 4 早期失效的抽样标准
4.4生产工艺变化时测试项目选择指导
图 5 工艺变化测试项目选择指导
5可靠性测试方案-智能卡芯片
Stress | Ref. | Abbv. | Conditions | # Lots/SS per lot | Duration/Accept | |
High Temperature Operating Life gao温工作寿命 | JESD22-A108, | HTOL | TJ>=125C Vcc>=Vcc max | 3 Lots/77 units | 1000 hrs/ 0 Fail | |
Early Life Failure Rate 早期失效率 | JESD22-A108 JESD74 | ELFR | TJ>=125C Vcc>=Vcc max | 参考4.3节ELFR | 168 hrs | |
Low Temperature Operating Life 低温工作寿命 | JESD22-A108 | LTOL | TJ<=50C Vcc>=Vcc max | 1 Lot/32 units | 1000 hrs/0 Fail | |
High Temperature Storage Life gao温存储寿命 | JESD22-A103 | HTSL | TA >=150C | 3 Lots/25 units | 1000 hrs/0 Fail | |
Latch-Up | JESD78 | LU | Class I Or Class II | 1 Lot/3 units | 0 Fail | |
Electrical Parameter Assessment 电气参数 | JESD86 | ED | Datasheet | 3 Lots/10 units | TA per datasheet | |
Human Body Model ESD | JS-001 | ESD-HBM | TA = 25 °C | 3 units | Classification | |
Charged Device Model ESD | JESD22-C101 | ESD-CDM | TA = 25 °C | 3 units | Classification | |
Accelerated Soft Error Testing | JESD89-2 JESD89-3 | ASER | TA = 25 °C | 3 units | Classification | |
“OR” System Soft Error Testing | JESD89-1 | SSER | TA = 25 °C | Minimum of 1E+06 Device Hrs or 10 fails. | Classification | |
Uncycled High Temperature Data retention gao温数据存储测试 | JESD22-A117
| UCHTDR | TA>125°C Vcc>=Vcc max
| 3 lots /77 units | 1000 h/0fail | |
Cycling Endurance 循环耐力 | JESD22-A117
| NVCE | 25°C和55°C <=TJ<=85°C | 3 lots /77 units | Up to Spec. Max Cycles per note (b) / 0Fails | |
Postcycling High Temperature data Retention 循环后gao温数据存储测试 | JESD22-A117
| PCHTDR | 参照4.5 | 3 lots /39 units | 参照4.5 | |
LowTemperature Retention and read disturb低温保存和读取干扰 | JESD22-A117
| LTDR | TA=25°C | 3 lots /38 units | 参照4.5 | |
MSL Preconditioning 预处理 | JESD22-A113 | PC | Perappropriate MSL level per J-STD-020 | JESD22-A113 | ElectricalTest(optional) | |
Temperature2 Humidity bias加速式温湿度及偏压测试 | JESD22-A101 | THB | 85 °C, 85 % RH, Vcc>=Vcc max | 3 Lots /25 units | 1000 hrs / 0 Fail | |
Temperature2, 3 Humidity Bias ( Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress) gao加速温湿度及偏压测试 | JESD22-A110 | HAST | 130°C / 110 °C, 85 % RH, Vcc>=Vcc max
| 3 Lots /25 units | 96 hrs / 0 Fail | |
Temperature Cycling gao低温循环测试) |
JESD22-A104 | TC | 参照4.7 TC | 3 Lots /25 units | 参照4.7 TC | |
Unbiased Temperature/Humidity gao加速温湿度测试 | JESD22-A118 | UHAST | 130 °C / 85% RH 110 °C / 85% RH | 3 Lots /25 units | 96 hrs / 0 Fail |
表 12 智能卡可靠性测试方案