可靠性监测流程

概述

Maxim对即将出货器件的筛选样本进行可靠性的连续监测,以确保满足低失效率的目标要求。通过严格的可靠性监测流程 (RMP),能够在加速环境条件下监测关键晶圆生产和装配工艺的可靠性。样本数量各有不同,但通常选择每个系列200片以上的器件,分配到各种不同的环境应力条件下测试。每个季度在本报告中更新RMP结果。

我们对RMP中发生的所有失效进行验证,然后做出分析,以确认失效原因。基于失效分析结果构建修订措施,以杜绝再次发生类似的失效机制。

工艺可靠性部分包括上一季度IC产品和工作寿命应力条件的历史数据。数据按照设计工艺汇总。

封装可靠性部分按照上一季度,以及之前的装配/封装应力条件汇总。

数据手册和应用笔记均为PDF格式。如果您尚未安装阅读器,可从 Adobe Systems Inc免费下载最新版本的Acrobat Reader。

预处理


预处理应力测试用于监测组装后对器件可靠性的影响。所有预处理应力测试均按照标准J-STD-020完成,用于监测所有封装类型的潮湿敏感度。当前的封装类型包括:CSBGA、LQFP、MCMBGA、MQFP、PBGA、PLCC、Power Cap Bases、SOIC、SOT、SSOP、TQFP、TSOC、TSSOP、TSOP和µSOP。应力条件包括:烘烤、浸湿和2-3次的对流回流,然后将批次分配到不同的应力测试组。在预处理之前和之后进行超声测试,检查是否存在封装裂痕以及管芯表面是否从封装脱层。

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工作寿命


该应力测试用于模拟器件在高温和最大工作电压条件下的典型性能,然后利用温度、电压和时间之间的关系,降低在此类加速环境条件下得到的故障率,以符合使用条件。器件进行应力测试所放置的腔室包含一个能够承受加速应力过程中所用温度的高温箱。器件通过寿命测试板进行偏置编程,以提供电路的动态运行。为了在这些加速条件下确定器件的初期寿命和长期寿命表现,在各种不同读取点对器件进行电气测试。要求器件的所有读取点在整个电压和温度范围内都满足数据手册指标,而与应力类型无关。仅对集成电路进行工作寿命测试。通常测试条件为125°C、5.5V或6.0V,1000个小时。

利用 Arrhenius 模型确定温度加速失效机制的加速系数。  

AfT = exp((Ea/k)*(1/Tu - 1/Ts)) = tu/ts 
AfT = Acceleration factor due to Temperature 
tu = Time at use temperature (e.g. 55°C) 
ts = Time at stress temperature (e.g. 125°C) 
k = Boltzmann's Constant (8.617 x 10-5 eV/K) 
Tu = Temperature at Use (K) 
Ts = Temperature at Stress (K) 
Ea = Activation Energy (e.g. 0.7 ev) 

失效机制的活化能来自于内部研究或行业公认的标准,或者在不知道实际失效机制或其活化能时,采用0.7ev的活化能。这是比较保守的行业标准。需要从应力环境温度到使用环境温度进行降额。 

利用指数模型确定电压加速失效机制的加速系数。  

AfV = exp(B*(Vs - Vu)) 
AfV = Acceleration factor due to Voltage 
Vs = Stress Voltage (e.g. 7.0 volts) 
Vu = Maximum Operating Voltage (e.g. 5.5 volts) 
B = Constant related to failure mechanism type (e.g. 1.0, 2.4, 2.7, etc.)

与失效机制相关的常数B来自内部研究或行业公认的标准,或者在不知道实际失效机制或其常数B时,采用B=0。需要从应力电压到最大工作电压进行降额。来自于工作寿命测试的失效率数据都利用卡方统计模型表示,置信度(Cf)为60%或90%。

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贮存寿命


该应力测试条件的目的是加速产品在贮存条件下的老化,用于电信、EPROM和EEPROM集成电路的测试。典型条件为150°C,1000小时,不施加偏压。应力测试腔室是一个能够承受贮存测试条件下高温的高温箱。有些电池备份模块同样作为预处理应力测试服从贮存寿命试验(48小时),但由于锂电池的热限制,测试温度降低到85°C。其他电池备份产品的贮存寿命试验在70°C至85°C、1000小时条件下进行。为了评估产品性能随时间的变化,在各不同读取点对器件进行电气测试。

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温度循环次数


该应力测试条件用于模拟器件在使用条件下,通常承受的上电/断电顺序所引起的温度变化条件。该应力测试能够发现封装材料及管芯的热特性与封装关系不匹配引起的设计缺陷。典型条件依产品而不同。对于集成电路,通常的应力测试条件为-55°C至+125°C (无偏置),1000次循环。热瞬变和静置时间符合MIL-STD-883标准的方法1010,条件B。对于模块和其他电池备份产品,应力测试范围降低到0°C至+70°C或-40°C至+85°C (无偏置)。在每个读取点对器件进行电气测试,满足数据手册的所有指标。

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温湿度测试


该应力条件用于确定产品在经受潮湿、高温环境时的性能。所采用的标准,也是得到行业认可的应力测试环境旨在模拟产品有效期限内的现场条件。这些标准应力条件为130°C / 85%相对湿度,持续96小时(HAST),或85°C / 85%相对湿度,1000小时。两种应力条件均采用最大交变偏置电压,这里为3.5/5.5和0.0V,以诱发电化学腐蚀。器件设置在最低功耗,以减少内部发热以及内部湿度的降低。该应力条件检查封装器件的完整性和表面钝化的质量,以防止集成电路的腐蚀。该应力条件适用于模块和集成电路。其他电池备份产品在60°C和90%相对湿度、无外部偏置的条件下进行潮湿敏感度测试。高压灭菌测试条件为121°C和2个大气压力、无偏置、持续时间96小时,对集成电路进行测试。在所有读取点检测器件的电气特性。

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写次数/数据保持


对EEPROM器件执行写次数和数据保持能力的测试。EPROM器件仅进行数据保持试验。写次数应力测试是对整个阵列交替写0,然后写1,即完成一次写操作。应力测试可以在25°C、70°C或85°C下执行,取决于器件的技术指标。写次数也有所不同,同样取决于器件指标,通常介于2. 5万次到5万次之间。最后一次循环之后,采用交替(棋盘格)模式对器件进行写操作,然后在150°C的贮存条件下进行1000小时的数据保持测试。在该应力条件下,每个读取点后,对功能和数据模板进行检验。

EPROM器件不进行写次数应力测试,但在以上所述的数据保持试验后进行棋盘模式写操作。

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封装完整性


封装完整性测试的目的是按照当前确认的规范执行封装测试,验证组装供应商的供货质量。检查模块的物理尺寸和可焊性,并对表贴封装进行超声检查,作为RMP的一部分在报告中给出。对集成电路进行引线完整性、可焊性、X射线成像、X射线荧光测试以及外部目测,由进料质量管理部门每周进行一次监测。IQC监测包括在每个装配点、对每周收到产品的所有封装类型进行监测。  

超声测试是一种非常灵敏的技术,可勾画出封装空隙和内部表面分离及裂痕。所有这些都可以在不对器件造成任何损害的前提下进行。该检测中不允许出现任何器件内部裂痕,也不允许出现器件表面分层。

按照标准MIL-STD-883的方法2003测试可焊性。所有引线插入到三个样本上,然后对三片器件上的24个引脚进行检查。使用R型焊剂。接受规则是95%覆盖率。对于模块,使用RMA型焊剂,接受规则是90%覆盖率。 

按照标准JEDEC JESD22 - B105进行引线完整性测试。对6个样本的24个引脚进行测试。对于塑料DIP和SOIC封装采用15°倾角。 

按照标准MIL-STD-883的方法2012进行射线成像(X射线)。X射线顶视图和侧视图被记录在胶片上。  

通过X射线荧光成像验证镀层厚度和材料成分。 

为了检验器件标记是否正确,以及外部封装的完整性,按照内部DSC规范(27-03510-000)进行外部目测。

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