Este artigo fornece uma visão geral abrangente dos testes de confiabilidade de chips.

O teste de confiabilidade é um processo de avaliação sistemático que simula vários estresses ambientais e cargas de trabalho que os chips podem enfrentar em-cenários de uso do mundo real usando váriosequipamento de teste de confiabilidade. Ele examina de forma abrangente seu desempenho, estabilidade operacional e vida útil. A BOTO, como fabricante profissional de equipamentos de teste de confiabilidade, fornece aos clientes soluções completas de equipamentos de teste para garantir que os chips possam atingir de forma estável suas funções esperadas sob condições técnicas especificadas.

Na pesquisa e desenvolvimento de chips e no processo de fabricação, os testes de confiabilidade não são apenas um meio essencial de verificar o desempenho do produto, mas também uma chave para melhorar a qualidade do produto e aumentar a competitividade do mercado. Ao realizar testes rigorosos de confiabilidade, os possíveis modos de falha e mecanismos de falha podem ser identificados precocemente, fornecendo assim orientação para a otimização do projeto e melhoria do processo, reduzindo a probabilidade de falha do produto em aplicações reais, estendendo sua vida útil efetiva e, em última análise, melhorando a satisfação do usuário.

I. Testes Ambientais

Os testes ambientais são um componente central da avaliação da confiabilidade do chip, usados ​​principalmente para examinar a adaptabilidade e a estabilidade operacional do chip sob diferentes condições ambientais. Os testes comuns incluem vida operacional em alta temperatura (HTOL), vida operacional em baixa temperatura (LTOL), ciclo de temperatura (TCT) e teste de estresse de alta temperatura e umidade acelerada (HAST).

(1) Teste de vida operacional em alta temperatura (HTOL)

HTOL é um método clássico de teste de confiabilidade de chip. Esse teste coloca o chip em um-ambiente de alta temperatura-um equipamento de teste de confiabilidade-por um período prolongado para simular o estresse térmico e o processo de envelhecimento em uso real. A temperatura do teste é normalmente entre 100 graus e 150 graus, e a duração é definida de forma flexível de acordo com as especificações do chip e os cenários de aplicação.

Sob condições-de alta temperatura, as características elétricas, o desempenho e a confiabilidade do chip são monitorados e registrados continuamente. Através dos testes HTOL, os tipos de falhas causadas por fatores como difusão térmica, danos estruturais ou envelhecimento do material podem ser identificados, como desvio de resistência, fuga de corrente, mau contato e migração de metal. A identificação desses modos de falha ajuda a avaliar a confiabilidade-de longo prazo do chip em ambientes-de alta temperatura e fornece uma base para otimização do projeto e melhoria do processo.

(2) Teste de vida operacional em baixa temperatura (LTOL)
Os testes LTOL se concentram na avaliação da confiabilidade e da vida útil dos chips em ambientes-de baixa temperatura. Para aplicações extremas, como aeroespacial, militar e médica, os chips precisam manter o funcionamento normal em temperaturas extremamente baixas. Esse teste acelera o envelhecimento do chip em condições de-baixa temperatura, ajudando os fabricantes a entender o desempenho de estabilidade em baixas temperaturas. Durante o teste, o desempenho elétrico do chip é registrado e analisado detalhadamente para garantir uma operação confiável sob condições severas de baixa-temperatura.

(3) Teste de Ciclagem de Temperatura (TCT)
O teste TCT simula o estresse térmico e os efeitos da fadiga do material causados ​​pelas flutuações de temperatura no uso real. Durante o teste, o chip é repetidamente exposto a uma temperatura baixa definida (por exemplo, -40 graus) e a uma temperatura alta (por exemplo, 125 graus).

O ciclo de temperatura detecta com eficácia o estresse estrutural, diferenças nos coeficientes de expansão térmica e fadiga da junta de solda causada por mudanças de temperatura. Esses fatores podem levar a falhas como mau contato, rachaduras nas juntas de solda ou fadiga do metal, afetando assim a confiabilidade e a vida útil do chip. Os resultados dos testes TCT fornecem uma referência importante para avaliar o desempenho de chips em ambientes com variação de temperatura.

As câmaras de teste de ciclos de temperatura são comumente usadas para equipamentos de teste de confiabilidade.

(4) Teste de estresse de alta temperatura e umidade acelerado (HAST)

HAST é um método de avaliação do envelhecimento acelerado. Este teste coloca o chip em um ambiente extremo de alta temperatura e umidade (normalmente 85 graus/85% UR) e aplica tensão ou corrente para acelerar seu processo de envelhecimento. Esse método pode reproduzir a degradação do desempenho de um chip durante o uso-de longo prazo em um curto espaço de tempo, ajudando a identificar antecipadamente possíveis defeitos.

A principal vantagem do HAST é sua alta eficiência de aceleração, que permite a aquisição de informações de confiabilidade do chip em um curto espaço de tempo, ao mesmo tempo em que fornece condições de umidade mais próximas dos cenários reais de aplicação.

II. Teste vitalício

O teste vitalício é outro componente importante da avaliação de confiabilidade do chip, usado principalmente para analisar as tendências de mudança de desempenho e os mecanismos de falha dos chips durante o uso-de longo prazo. Projetos comuns incluem vida útil de armazenamento em alta temperatura (HTSL) e teste de vida de polarização (BLT).

(1) Teste de vida útil de armazenamento em alta temperatura (HTSL)

O teste HTSL coloca o chip em um ambiente-de alta temperatura (geralmente de 125 a 175 graus) por um longo período sem aplicar tensão operacional para avaliar sua confiabilidade e desempenho vitalício sob condições de armazenamento-de alta temperatura. Este teste é usado principalmente para simular os efeitos do envelhecimento dos chips devido ao armazenamento em alta-temperatura durante o armazenamento ou transporte. Os testes HTSL esclarecem a tolerância-de longo prazo dos chips em ambientes-de alta temperatura, fornecendo uma referência para definir condições de armazenamento e transporte.

(2) Teste de vida de polarização (BLT)
O teste BLT avalia a estabilidade e a confiabilidade dos chips sob os efeitos combinados de tensão de polarização-de longo prazo e alta temperatura. Durante o teste, uma tensão de polarização constante é aplicada ao chip e ele é colocado em um ambiente-de alta temperatura. O valor da tensão de polarização é determinado de acordo com as especificações do chip e os requisitos da aplicação. Ao monitorar continuamente as alterações de desempenho do chip sob condições de polarização de alta-temperatura, os efeitos causados ​​pelo envelhecimento da polarização, como danos à camada dielétrica, formação de armadilhas de interface e flexão de banda, podem ser detectados. Os resultados do teste BLT fornecem uma base importante para a avaliação da confiabilidade de chips sob uso de longo-prazo e ambientes-de alta temperatura.

III. Testes Mecânicos e Elétricos
Além dos testes ambientais e de vida útil, a avaliação da confiabilidade do chip também inclui testes mecânicos e elétricos para verificar o desempenho e a estabilidade dos chips sob condições de choque físico, vibração e estresse elétrico.

(1) Teste de Queda (DT)
O teste de queda avalia a confiabilidade dos chips sob condições físicas de choque e vibração. Durante o teste, o chip é fixado em um dispositivo dedicado e submetido a-operações predefinidas de queda ou vibração para simular o impacto físico que ele pode sofrer no uso real.

Através de testes de queda, problemas como quebra de juntas de solda, danos estruturais ou fratura de material causados ​​por impacto ou vibração podem ser identificados. Os resultados do teste fornecem dados importantes para avaliar a resistência ao choque e à vibração do chip em uso real.

(2) Teste de descarga eletrostática (ESD)

O teste ESD é um item fundamental para avaliar a capacidade anti-interferência do chip em um ambiente eletrostático. A descarga eletrostática geralmente é causada por cargas desequilibradas geradas por fricção ou separação de superfícies de materiais isolantes. Quando as cargas são transferidas de uma superfície para outra em um curto período de tempo, uma corrente de pulso de alta-tensão é formada.

O teste ESD usa principalmente dois métodos: Modelo de Descarga do Corpo Humano (HBM) e Modelo de Dispositivo Carregado (CDM) para simular eventos de descarga eletrostática em contato humano ou equipamento de produção e para avaliar a tolerância do chip sob tais condições.

(3) Teste-de travamento
O teste{0}}de travamento é usado para avaliar se o chip sofrerá travamento inesperado ou falha de energia sob condições extremas, como flutuações anormais de energia. Durante os testes, um circuito de proteção foi adicionado ao terminal de entrada de energia do chip, e um evento repentino de queda de energia foi simulado usando um switch de alta-velocidade para observar o comportamento do chip e a capacidade de recuperação sob tais condições transitórias. Este teste ajuda a verificar a robustez do chip sob perturbações de energia.

Para garantir o rigor científico, a precisão e a repetibilidade dos testes de confiabilidade de chips, organizações internacionais desenvolveram uma série de especificações e métodos de teste padronizados, incluindo principalmente MIL-STD, JEDEC, IEC, JESD, AEC e EIA. Essas especificações cobrem de forma abrangente os requisitos de teste de confiabilidade de chips sob diferentes condições ambientais, estados operacionais e cenários de aplicação, fornecendo aos fabricantes de chips e laboratórios de teste padrões de teste e diretrizes operacionais unificados. A BOTO segue rigorosamente as especificações de teste padronizadas mencionadas acima no projeto e fabricação de vários equipamentos de teste de confiabilidade para garantir a alta confiabilidade e consistência dos resultados de teste produzidos.