一文读懂芯片可靠性试验项目

可靠性试验的定义与重要性

可靠性试验是一种系统化的测试流程，通过模拟芯片在实际应用中可能遇到的各种环境条件和工作状态，对芯片的性能、稳定性和寿命进行全面评估。在芯片研发和生产过程中，可靠性试验不仅是验证产品性能的重要手段，更是提高产品可靠性和市场竞争力的关键环节。通过对芯片进行严格的可靠性测试，可以提前发现潜在的故障模式和失效机制，从而为设计优化和工艺改进提供方向，降低产品在实际应用中的故障率，延长使用寿命，提升用户满意度。

芯片可靠性试验的主要类型

1.环境试验环境试验是芯片可靠性试验的重要组成部分，主要用于评估芯片在不同环境条件下的适应性和稳定性。

常见的环境试验包括高温工作寿命（HTOL）、低温工作寿命（LTOL）、温度循环（TCT）和高加速温湿度应力试验（HAST）等。

（1）高温工作寿命（HTOL）试验

HTOL试验是一种经典的芯片可靠性测试方法，通过将芯片置于高温环境中长时间运行，模拟实际使用中的热应力和老化过程。测试温度通常在100°C至150°C之间，持续时间可根据芯片规格和应用需求进行调整。在高温条件下，芯片的电气特性、性能和可靠性会被实时监测和记录。通过HTOL试验，可以检测到由于热扩散、结构破坏或材料衰变等原因引起的故障，如电阻变化、电流漏泄、接触不良和金属迁移等。这些故障模式的发现有助于评估芯片在高温环境下的长期可靠性，并为改进设计和制造工艺提供重要参考。

（2）低温工作寿命（LTOL）试验

LTOL试验则专注于评估芯片在低温条件下的可靠性和寿命。在一些极端应用场景，如航空航天、军事和医疗等领域，芯片可能需要在极低温度下正常工作。LTOL试验通过在低温环境下对芯片进行加速老化测试，帮助制造商了解芯片在低温环境下的稳定性。测试过程中，芯片的电气性能和可靠性会被详细记录和分析，以确保其能够在极端低温条件下保持正常功能。

（3）温度循环（TCT）试验TCT试验旨在模拟芯片在实际使用中因温度变化而产生的热应力和材料疲劳。

测试过程中，芯片会在不同温度之间进行循环暴露，通常在低温（如-40°C）和高温（如125°C）之间切换。这些问题可能导致接触不良、焊接断裂和金属疲劳等故障，从而影响芯片的可靠性和使用寿命。TCT试验的结果为芯片在温度变化环境下的性能评估提供了重要依据。

（4）高加速温湿度应力试验（HAST）

HAST试验是一种加速老化测试方法，通过将芯片置于高温高湿的极端环境中（通常为85°C和85%相对湿度），并施加电压或电流，以加速芯片的老化过程。这种测试方法可以在较短时间内模拟芯片在实际使用中的长期老化情况，提前发现潜在的故障和问题。HAST试验的优点是加速老化速度快，能够在短时间内获得芯片的可靠性信息，并且可以提供更大的湿度差异，更好地模拟实际应用中的湿度环境。

2.寿命试验

寿命试验是芯片可靠性试验的另一重要类别，主要用于评估芯片在长期使用过程中的性能变化和失效机制。常见的寿命试验包括高温工作寿命（HTOL）、高温存储寿命（HTSL）和偏压寿命试验（BLT）等。

（1）高温存储寿命（HTSL）试验

HTSL试验通过将芯片长时间存放在高温环境中（通常为125°C到175°C），评估芯片在高温存储条件下的可靠性和寿命。与HTOL试验不同，HTSL试验中芯片处于非运行状态，主要用于模拟芯片在高温存储过程中的老化情况。通过HTSL试验，可以确定芯片在高温环境下的长期可靠性，为芯片的存储和运输条件提供重要参考。

（2）偏压寿命试验（BLT）

BLT试验用于评估芯片在长期偏置和高温环境下的稳定性和可靠性。在测试过程中，芯片会被施加恒定的偏置电压，并暴露于高温环境中。偏置电压的大小通常根据芯片规格和应用需求进行设定。通过监测和记录芯片在持续高温和偏置条件下的特性、性能和可靠性变化，可以检测到由于偏压和高温引起的偏压老化效应，如硅介质损失、界面陷阱形成和能带弯曲等问题。BLT试验的结果为芯片在长期使用和高温环境下的可靠性评估提供了重要依据。

3.机械与电气试验

除了环境和寿命试验外，芯片可靠性试验还包括机械试验和电气试验，用于评估芯片在物理冲击、振动和电气应力条件下的性能和稳定性。

（1）跌落测试（DT）

跌落测试用于评估芯片在物理冲击和振动环境下的稳定性和可靠性。测试过程中，芯片会被安装在特制的跌落测试设备上，并进行控制的跌落或震动操作。测试设备通常会产生严格定义的冲击或振动力度、方向和频率，以模拟实际使用中可能遇到的物理应力。通过跌落测试，可以检测到由于跌落或震动引起的连接断裂、结构损坏和材料破裂等问题。测试结果为芯片在实际使用条件下的抗冲击和抗振动能力评估提供了重要参考。

（2）静电放电（ESD）测试

ESD测试是评估芯片在静电环境下的抗干扰能力和可靠性的重要试验。静电放电是由于绝缘体表面相互摩擦或分离而产生的非平衡电荷。当这些静电荷从一个表面转移到另一个表面时，会在短时间内形成高电压脉冲电流。

（3）闩锁测试（Latch-up）

闩锁测试是一种评估芯片在极端环境下是否会出现意外断电等异常情况的测试。测试过程中，会在芯片的电源输入端加入一个电压保护器，然后通过高速开关控制电源输入端的电源开关，模拟突然断电的情况，以测试芯片在此情况下的表现和恢复能力。

可靠性试验的标准化

为了确保芯片可靠性试验的科学性、准确性和可重复性，国际上制定了一系列标准化的测试规范和方法，如ILM-STD、JEDEC、IEC、JESD、AEC和EIA等。这些规范涵盖了芯片在不同环境条件、工作状态和应用场景下的可靠性测试要求，为芯片制造商和测试实验室提供了统一的测试标准和操作指南。