Zuverlässigkeitsprüfungen

Nachfolgend werden unterschiedliche Prüfmethoden beschrieben, die bei TI für die Prüfung der Zuverlässigkeit der Produkte angewandt werden.

Beschleunigte Prüfverfahren

Die Lebensdauer der meisten Halbleiterelemente kann bei normaler Verwendung mehrere Jahre betragen. Da eine mehrjährige Prüfung eines Gerätes nicht wirtschaftlich ist, muss die angewandte Belastung erhöht werden. Die Durchführung von Belastungsprüfungen dient der Förderung oder Beschleunigung möglicher Ausfallmechanismen und der Ermittlung der Grundursache des Ausfalls. Zudem dienen Sie als unterstützende Maßnahme, damit TI Maßnahmen ergreifen und derartigen Ausfallarten vorbeugen kann.

Beschleunigungsfaktoren, die i. d. R. in Halbleiterelementen verwendet werden, sind Temperatur, Feuchtigkeit, Spannung und Stromstärke. In den meisten Fällen wird durch beschleunigte Prüfverfahren nicht die Physik des Ausfalls verändert, sondern lediglich die für die Beobachtung erforderliche Zeit. Der Wechsel zwischen beschleunigten und Verwendungsbedingungen wird als ‚Derating‘ (eng. für ‚Lastminderung‘) bezeichnet.

Beschleunigungsmodell

Beschleunigte Prüfverfahren bilden einen wesentlichen Teil der auf den JEDEC-Normen basierten Zulassungsprüfungen. Die nachfolgend beschriebenen Prüfungen geben die beschleunigten Prüfbedingungen wieder, die auf der JEDEC Spez. JESD47 gründen. Wenn ein Produkt diese Prüfungen besteht, sind die Geräte für die meisten Anwendungsfälle zulässig.

Zulassungsprüfung
JEDEC-Referenz
Angewandte Belastung/Beschleunigung
HTOL JESD22-A108 Temperatur und Spannung
Temperaturzyklus JESD22-A104 Temperatur und Temperaturänderungsrate
Temperatur-/Feuchtigkeits-Bias JESD22-A110 Temperatur, Spannung und Feuchte
uHAST JESD22-A118 Temperatur und Feuchte
Ausheizen des Speichermediums JESD22-A103 Temperatur

 

Temperaturzyklus

Laut der JESD22-A104-Norm wird das Gerät während des Temperaturzyklus (TC) Temperaturwechseln zwischen extrem hohen und extrem niedrigen Temperaturen unterzogen. Während dieser Prüfung wird das Gerät diesen Bedingungen für eine bestimmte Anzahl an Zyklen periodisch ausgesetzt.

High Temperature Operating Life (HTOL)

Die HTOL-Prüfung dient der Ermittlung der Zuverlässigkeit eines Geräts während des Betriebs bei hohen Temperaturen. Die Prüfung wird i. d. R. über einen längeren Zeitraum durchgeführt, der sich an der JESD22-A108-Norm orientiert.

Temperatur-/Feuchtigkeits-Bias/Vorbelastete beschleunigte Prüfverfahren (BHAST, Biased Highly Accelerated Test)

Laut der JESD22-A110-Norm wird das Gerät während den THB- und BHAST-Prüfungen hohen Temperaturen und hoher Feuchtigkeit sowie gleichzeitiger Vorspannung ausgesetzt. Das Zielt ist hierbei die Beschleunigung der Korrosion im Gerät. Die THB- und BHAST-Prüfung dienen demselben Zweck. Die BHAST-Bedingungen und Prüfbedingungen ermöglichen den Prüfern jedoch eine schnellere Prüfung als bei der THB-Prüfung.

Autoklav-/neutrale HAST-Prüfung

Die Autoklav- und die neutrale HAST-Prüfung dienen der Ermittlung der Zuverlässigkeit eines Geräts während hoher Temperaturen und hoher Feuchtigkeit. Ebenso wie die THB- und BHAST-Prüfungen dienen Sie der Beschleunigung der Korrosion. Anders als diese Prüfungen erfolgt die Belastung die Geräte jedoch nicht unter einer Bias.

Lagerung bei hohen Temperaturen

Die HTS- oder Bake- oder HTSL-Prüfung dient der Ermittlung der langfristigen Zuverlässigkeit eines Geräts bei hohen Temperaturen. Anders als bei der HTOL-Prüfung, unterliegt das Gerät während dieser Prüfung nicht den Betriebsbedingungen.

Elektrostatische Entladung (ESD)

Bei einer elektrostatischen Aufladung handelt es sich um eine unsymmetrische, ruhende elektrische Ladung. I. d. R. entsteht sie durch die Reibung oder die Trennung von Isolatoroberflächen. Eine Oberfläche nimmt Elektronen auf, während die andere Oberfläche Elektronen abgibt. Die Folge unsymmetrischer elektrischer Bedingungen wird als elektrostatische Aufladung bezeichnet.

Wenn die elektrostatische Ladung von einer Oberfläche zu einer anderen übergeht, erfolgt eine elektrostatische Entladung (ESD). Der Übergang dieser Ladung wird als Funke sichtbar.

Die Bewegung der elektrostatischen Ladung entwickelt sich zum einem elektrischen Strom und kann eine Schädigung oder Zerstörung von Gateoxid-Metallschichten und Anschlüssen bewirken.

Die ESD-Prüfung erfolgt durch JEDEC auf zwei unterschiedlichen Weisen:

1. Human Body Mode (HBM)

Diese Belastungsprüfung auf Bauteilebene wurde entwickelt, um die Entladung akkumulierter elektrostatischer Ladung im menschlichen Körper über ein Baustein zum Erdboden zu simulieren.

HBM

2. Charged Device Model (CDM)

Diese Belastungsprüfung auf Bauteilebene wurde entwickelt, um die Aufladung und Entladung zu simulieren, die laut der JEDEC-Norm JESD22-C101 bei Produktionsausrüstung und -abläufen auftritt.

CDM