振動臺-勤卓環境測試有限公司

(圖文介紹)可靠性測試的流程和核心

發布時間: 2023-02-06 18:45:25    來源:勤卓環試   

1.產品測試

     產品測試是公司產品品質的有效保障,它貫穿于整個產品生命周期,主要包括以下三大類:

 

Ø 產品功能/性能測試:

驗證產品是否達到設計規格書中的功能和性能指標;

Ø 可靠性測試: 

測試產品壽命和可靠程度,找出產品在原材料、結構、工藝、環境適應性等方面所存在的問題,是產品量產前*的環節 

Ø 量產自動化測試:

批量測試產品,剔除生產工藝缺陷造成的不良品。

下圖簡介描述了產品整個開發周期,本文重點介紹可靠性測試相關部分。

 


    


 圖 1 產品開發流程

 

2.可靠性測試

  產品的生命周期如下圖所示,有3個階段,可靠性測試的目的在于剔除產品由于原材料、結構、工藝、環境適應性等方面問題造成的早期失效,確保產品的使用期壽命達到設計預期。圖 2 產品生命周期

 

3.常用可靠性測試規范

電子產品常用的工業級可靠性測試可分為以下幾類

Ø 環境應力測試

Ø 電測試

Ø 機械應力測試

Ø 綜合測試

3.1 環境應力測試規范

1    環境應力測試規范    標準說明
1.01    上電溫濕度循環壽命測試    JESD22-A100-B Cycled Temperature-Humidity-Bias Life Test 
1.02    上電溫濕度穩態壽命測試    JESD22-A101-B Steady State Temperature Humidity Bias Life Test
1.03    gao加速蒸煮測試    JESD22-A102-C Accelerated Moisture Resistance -Unbiased Autoclave
1.04    gao溫儲存壽命測試    JESD22-A103-A Test Method A103-A High Temperature Storage Life
1.05    gao溫儲存壽命測試    JESD22-A103-B High Temperature Storage Life
1.06    溫度循環    JESD22-A104-B Temperature Cycling
1.07    上電和溫度循環(TC)    EIA/JESD22-A105-B Test Method A105-B Power and Temperature Cycling
1.08    熱沖擊    JESD22-A106-A Test Method A106-A Thermal Shock
1.09    鹽霧測試    JESD22-A107-A Salt Atmosphere
1.1    gao溫環境條件下的工作壽命測試    JESD22-A108-B Temperature, Bias, and Operating Life
1.11    gao加速壽命測試    JESD22-A110-B Test Method A110-B Highly-Accelerated Temperature and Humidity Stress  Test (HAST)
1.12    非密封表貼器件在可靠性測試以前的預處理    JESD22-A113-B Preconditioning of Nonhermetic Surface Mount Devices Prior to Reliability  Testing
1.13    不上電的gao加速濕氣滲透測試    JESD22-A118 Accelerated Moisture Resistance - Unbiased HAST
1.14    插接器件的抗焊接溫度測試    JESD22-B106-B Test Method B106-B Resistance to Soldering Temperature for Through-Hole  Mounted Devices
1.15    集成電路壓力測試規范    EIA/JESD47 Stress-Test-Driven Qualification of Integrated Circuits
1.16    溫度循環    JESD22-A104C Temperature Cycling

表 1 環境應力測試項目

3.2 電測試規范

2

電測試規范

 

2.01

人體模型條件下的靜電放電敏感度測試

JESD22-A114-B Electrostatic Discharge (ESD) Sensitivity Testing Human Body Model (HBM) 

2.02

機器模型條件下的靜電放電敏感度測試

EIA/JESD22-A115-A Electrostatic Discharge (ESD) Sensitivity Testing Machine Model (MM) 

2.03

EEPROM的擦涂和數據保存測試

JESD22-A117 Electrically Erasable Programmable ROM (EEPROM) Program/Erase Endurance  and Data Retention Test 

2.04

集成電路器件閂鎖測試

EIA/JESD78 IC Latch-Up Test

2.05

微電子器件在電荷感應模型條件下的抗靜電放電測試

JESD22-C101-A Field-Induced Charged-Device Model Test Method for Electrostatic-Discharge-Withstand Thresholds of Microelectronic Components

表 2 電測試項目

3.3機械應力測試規范3    機械應力測試規范    
3.01    振動和掃頻測試     JESD-22-B103-A Test Method B103-A Vibration, Variable Frequency
3.02    機械沖擊    JESD22-B104-A Test Method B104-A Mechanical Shock
3.03    焊線邦定的剪切測試方法    EIA/JESD22-B116 Wire Bond Shear Test Method
3.04    焊球的剪切測試    JESD22-B117 BGA Ball Shear BGA
3.05    折彎測試    JESD22B113 Board Level Cyclic Bend Test Method for Interconnect Reliability  Characterization of Components for Handheld Electronic Products
3.06    掉落測試    JESD22-B111 Board Level Drop Test Method of Components for Handheld Electronic Products,  July 2003 [Text-jd039]    

表 3 機械應力測試項目

3.4 綜合測試規范4    綜合測試規范     
4.01    密封性測試    JEDEC Standard No.22-A109 Test Method A109 Hermeticity
4.02    集成電路器件中使用的有機材料水分擴散和水溶性測定測試方法    Test Method for the Measurement of Moisture Diffusivity and Water Solubility in  Organic Materials Used in Integrated Circuits
4.03    物理尺寸的測量    JESD22-B100-A Physical Dimensions
4.04    外觀檢查    JESD22-B101 Test Method B101 External Visual
4.05    可焊性測試方法    EIA/JESD22-B102-C Solderability Test Method
4.06    器件管腳的完整性測試    EIA/JESD22-B105-B Test Method B105-B Lead Integrity
4.07    圖標的耐久性測試    EIA/JESD22-B107-A Test Method B107-A Marking Permanency
4.08    表貼半導體器件的共面性測試    JESD22-B108 Coplanarity Test for Surface-Mount Semiconductor Devices

表 4 綜合測試項目

3.5 其他規范5    其它規范      
5.01    濕度敏感器件的符號和標識    JEP113-B Symbol and Labels for Moisture-Sensitive Devices
5.02    硅半導體器件的失效機理和模型    EIA/JEP122 Failure Mechanisms and Models for Silicon Semiconductors Devices
5.03    針對非密封表貼半導體器件的濕度/回流焊敏感度分級    IPC/JEDEC J-STD-020A Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid  State Surface Mount Devices
5.04    濕度/回流焊敏感標貼器件的處理、包裝、運輸和使用的標準    IPC/JEDEC J-STD-033 Standard for Handling, Packing, Shipping and Use of Moisture/Reflow  Sensitive Surface Mount Devices
5.05    產品文檔分類建議    EIA/JEP103-A Suggested Product-Documentation Classifications and Disclaimers
5.06    針對非密封表貼半導體器件的濕度/回流焊敏感度分級 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. 常用標準- JESD47:集成電路壓力測試規范

JESD47是在工業級電子產品領域應用較為廣泛的可靠性測試標準,它定義了一系列測試項目,用于新產品,新工藝或工藝發生變化時的可靠性測試。

4.1 參考文獻

 

標準

說明

1

UL94

設備和器具零件塑料材料易燃性試驗。

2

ASTM D2863

用氧指數法測定塑料的可燃性

3

IEC Publication 695

防火測試

4

JP-001

晶圓廠工藝驗證準則

5

J-STD-020

Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid
State Surface-Mount Devices.

6

JESD22 系列

封裝設備的可靠性測試項目

7

JESD46

Guidelines for User Notification of Product/process Changes by Semiconductor Suppliers.

8

JESD69

硅器件信息(不同產品)要求參照標準

9

JESD74

電子產品的早期壽命失效率計算準則

10

JESD78

芯片Latch Up測試。

11

JESD85

計算FIT(10小時失效一次為1 FIT)單位故障率的方法

12

JESD86

電氣參數評估

13

JESD94

,Application Specific Qualification using Knowledge Based Test Methodology.

14

JESD91

Methods for Developing Acceleration Models for Electronic Component Failure Mechanisms.

15

JEP122

半導體故障機制

16

JEP143

固態可靠性評估資格認定方法

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

錫和錫合金表面涂層的晶須生長測試方法

 

表 6 JESD47標準參考文獻

4.2 樣品數計算

   N >= 0.5 [Χ(2C+2, 0.1)] [1/LTPD – 0.5] + C
C = 接受數量, N=zui小樣品數Χ = Chi Squared distribution value卡方分布值for a 90% Confidence Level,
and LTPD is the desired 90% confidence defect level.

圖 3 LTPD抽樣標準

4.3早期失效率計算

Ø 目的:ELFR ( Early Life Failure Rate)早期失效測試,主要反映出產品在zui初投入使用的幾個月時間內產品的質量情況,評估產品及設計的穩定性,加速缺陷失效率,去除由于先天原因失效的產品。

名稱

條件

測試時間

具體操作

失效原理

ELFR

(早期失效測試)

測試TJ溫度控制在125度,被測產品上電,且為zui大工作電壓(比額定工作電壓gao5%—10%),芯片的引腳按照應用的狀態進行搭接。

48 h<t<168 h (zui有效的參考時間是168h)

在規定條件下執行完測試,在12小時內進行電氣測試(zui大延時在24小時內),判斷樣本失效數量。

材料或工藝的缺陷包括諸如氧化層缺陷,金屬刻鍍,離子玷污等由于生產造成的失效。

表 7 早期失效測試

抽樣標準:早期失效測試的樣本需從zui少三組不連續的產品批次中抽取,并由具有品質代表性的樣本組成。所有樣本應在同一地點用同樣的流程進行組裝和收集。在60%的可信度時,以百萬分之一的失效(FPM)為單位,下圖說明了想要達到不同的早期失效率目標的zui小樣本數量。

圖 4 早期失效的抽樣標準

4.4生產工藝變化時測試項目選擇指導圖 5 工藝變化測試項目選擇指導

5可靠性測試方案-智能卡芯片

Stress

 Ref. 

Abbv. 

Conditions 

# Lots/SS per lot  

Duration/Accept

High Temperature Operating Life gao溫工作壽命

JESD22-A108,
JESD85 

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

參考4.3節ELFR 

168 hrs

Low Temperature Operating Life 低溫工作壽命

JESD22-A108 

LTOL 

TJ<=50C Vcc>=Vcc max 

1 Lot/32 units 

1000 hrs/0 Fail

High Temperature Storage Life 

gao溫存儲壽命

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 電氣參數

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溫數據存儲測試

JESD22-A117

 

UCHTDR

TA>125°C

Vcc>=Vcc max

 

3 lots /77 units

1000 h/0fail

Cycling Endurance 循環耐力

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 循環后gao溫數據存儲測試

JESD22-A117

 

PCHTDR

參照4.5

3 lots /39 units

參照4.5

LowTemperature Retention  and read disturb低溫保存和讀取干擾

JESD22-A117

 

LTDR

TA=25°C

3 lots /38 units

參照4.5

MSL Preconditioning 預處理

JESD22-A113

PC

Perappropriate MSL level per

J-STD-020

JESD22-A113

ElectricalTest(optional)

Temperature2 Humidity bias加速式溫濕度及偏壓測試

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加速溫濕度及偏壓測試

JESD22-A110

HAST

130°C / 110 °C, 85 % RH,

Vcc>=Vcc max

 

3 Lots /25 units

96 hrs / 0 Fail

Temperature Cycling gao低溫循環測試)

 

JESD22-A104

TC

參照4.7 TC

3 Lots /25 units

參照4.7 TC

Unbiased Temperature/Humidity gao加速溫濕度測試

JESD22-A118

UHAST

130 °C / 85% RH

110 °C / 85% RH

3 Lots /25 units

96 hrs / 0 Fail

表 12 智能卡可靠性測試方案

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