Zuverlässigkeitsprüfungen
Tests, die TI für die Zuverlässigkeit von Produkten durchführt:
Beschleunigungstests
Die meisten Halbleiterbausteine verfügen bei normalem Gebrauch über eine Lebensdauer von mehreren Jahren. Wir können bei der Untersuchung eines Bausteins jedoch nicht jahrelang warten. Daher müssen wir die angewandte Belastung erhöhen. Angewandte Belastung erhöht oder beschleunigt potenzielle Ausfallmechanismen, hilft bei der Identifizierung der Grundursache und unterstützt TI dabei, Maßnahmen zur Verhinderung des Ausfallmodus zu ergreifen.
Bei Halbleiterbausteinen sind einige gängige Beschleuniger Temperatur, Feuchtigkeit, Spannung und Strom. In den meisten Fällen ändern die beschleunigten Tests die Physik des Ausfalls nicht, aber sie verschieben die Zeit für die Beobachtung. Die Verschiebung zwischen beschleunigter Bedingung und Verwendungsbedingung wird als „Derating“ bezeichnet
Hochbeschleunigte Tests sind ein wichtiger Teil der JEDEC-basierten Qualifizierungstests. Die folgenden Tests spiegeln hochbeschleunigte Bedingungen basierend auf JEDEC-Spezifikation JESD47 wider. Wenn das Produkt diese Tests besteht, sind die Bausteine für die meisten Anwendungsfälle akzeptabel.
| Qualifizierungstest | JEDEC-Referenz | Angewandte Belastung/Beschleunigung |
|---|---|---|
| HTOL | JESD22-A108 | Temperatur und Spannung |
| Temperaturzyklus | JESD22-A104 | Temperatur und Rate der Temperaturänderung |
| Temperatur-Feuchtigkeit mit Vorspannung | JESD22-A110 | Temperatur, Spannung und Feuchtigkeit |
| uHAST | JESD22-A118 | Temperatur und Feuchtigkeit |
| Warme Lagerung (Bake) | JESD22-A103 | Temperatur: |
Temperaturzyklus
Gemäß des JESD22-A104-Standards unterzieht die Temperaturwechselbeanspruchung (Temperature Cycling, TC) die Einheiten Übergängen zwischen extrem hohen und niedrigen Temperaturen. Der Test wird durchgeführt, indem der Baustein diesen Bedingungen für eine bestimmte Anzahl von Zyklen ausgesetzt wird.
Lebensdauer bei hohen Temperaturen (High Temperature Operating Life, HTOL)
Der Test der Lebensdauer bei hohen Temperaturen (High Temperature Operating Life, HTOL) wird verwendet, um die Zuverlässigkeit eines Bausteins bei hoher Temperatur unter Betriebsbedingungen zu bestimmen. Der Test wird in der Regel über einen längeren Zeitraum gemäß dem JESD22-A108-Standard durchgeführt.
Temperatur-Feuchtigkeit mit Vorspannung/Hochbeschleunigter Belastungstest mit Vorspannung (Biased Highly Accelerated Stress Test, BHAST)
Gemäß des JESD22-A110-Standards setzen THB und BHAST einen Baustein unter Spannungsvorspannung hohen Temperaturen und hoher Feuchtigkeit aus, um beschleunigte Korrosion im Baustein zu erzeugen. THB und BHAST erfüllen denselben Zweck, aber die BHAST-Bedingungen und Testverfahren ermöglichen es dem Zuverlässigkeitsteam, viel schneller als bei THB zu testen.
Autoklav-HAST/HAST ohne Vorspannung
Autoklav-HAST und HAST ohne Vorspannung (Unbiased HAST, uHAST) bestimmen die Zuverlässigkeit eines Bausteins bei hohen Temperaturen und hoher Feuchtigkeit. Sie werden wie THB und BHAST zur Erzeugung beschleunigter Korrosion durchgeführt. Im Gegensatz zu diesen Tests werden die Einheiten jedoch nicht unter einer Vorspannung belastet.
Lagerung bei hohen Temperaturen
Der Test der Lagerung bei hohen Temperaturen (auch als Bake oder HTSL bezeichnet) dient zur Bestimmung der langfristigen Zuverlässigkeit eines Geräts bei hohen Temperaturen. Im Gegensatz zu HTOL befindet sich der Baustein während der Testdauer nicht unter Betriebsbedingungen.
Elektrostatische Entladung (Electrostatic Discharge, ESD)
Statische Ladung ist eine unausgeglichene elektrische Ladung im Ruhezustand. In der Regel wird sie durch Reiben oder Auseinanderziehen von Isolatorflächen erzeugt. Eine Oberfläche nimmt Elektronen auf, während die andere Oberfläche Elektronen abgibt. Das Ergebnis ist ein unausgeglichener elektrischer Zustand, der als statische Ladung bezeichnet wird.
Wenn sich statische Ladung von einer Oberfläche zur anderen bewegt, wird sie zu elektrostatischer Entladung (Electrostatic Discharge, ESD) und bewegt sich zwischen den beiden Oberflächen in Form eines kleinen Blitzes.
Wenn sich statische Ladung bewegt, wird sie zu Strom, der Gate-Oxid, Metallschichten und Kontaktpunkte beschädigen oder zerstören kann.
JEDEC testet ESD auf zwei verschiedene Arten:
1. Human Body Model (HBM)
Diese Belastungsprüfung auf Bauteilebene wurde entwickelt, um die Entladung akkumulierter elektrostatischer Ladung im menschlichen Körper über einen Baustein zum Erdboden zu simulieren.
2. Charged Device Model (CDM)
Diese Belastungsprüfung auf Bauteilebene wurde entwickelt, um die Aufladung und Entladung zu simulieren, die laut der Norm JEDEC JESD22-C101 bei Produktionsausrüstung und -abläufen auftritt.