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AECQ失效機理——基于集成電路應力測試

http://www.723649.live 來源: 時間:2019-12-12

公益100大型公益質量活動
AEC-Q100基于集成電路應力測試認證的失效機理: AEC-Q100-001邦線切應力測試 AEC- -Q100-002人 體模式靜電放電測試 AEC- -Q100-003機械模式靜電放電測試 AEC-Q100-004集成電路閂鎖效應測試 AEC-Q100-005 可寫可擦除的永久性記憶的耐久性,數據保持及工作壽命的測試AEC-Q100-006 熱電效應引起的寄生閘極漏電流測試 AEC-Q100-007 故障仿 真和測試等級 AEC-Q100-008 早期壽 命失效率(ELFR) AEC-Q100-009電分配的評估 AEC-Q100-010 錫球剪切測試 AEC-Q100-011 帶電器件模式的靜電放電測試 AEC-Q100-012 12V系統靈敏功率設備的短路可靠性描述 注意事項 AEC文件中的材料都是經過了AEC 技術委員會所準備,評估和批準的,AEC 文件是為了 服務于汽車電子工業,無論其標準是用在國內還是國際上,都可排除 器件制造商和采購商之 間各方面的不一致性,推動產品的提高和可交換性,還能幫助采購商在最小的時間耽擱內 選擇和獲得來自那些非AEC成員的合適的產品. AEC 文件并不關注其采納的內容是否涉及 到專利,文章,材料或工藝. AEC沒有認為對專利擁有者承擔責任,也沒有認為要對任何采用 AEC文件者承擔義務.汽車電子系統制造商的觀點主要是AEC 文件里的信息能為產品的說 明和應用提供一種很完美的方法.如果沒有在本文件見到所陳述的要求,就不能聲稱與本文 件具有一致性.與AEC文件相關內容的疑問,評論和建議請登陸蘇州華碧微科檢測官網:www.falab.com。 基于封裝集成電路應力測試認證的失效機理 1.范圍 本文件包括了一系列應力測試失效機理,最低應力測試認證要求的定義及集成電路認證的參考測試條件.這些測試能夠模擬跌落半導體器件和封裝失效,目的是能夠相對于一般條件加速跌落失效.這組測試應該是有區別的使用,每個認證方案應檢查以下: a, 任何潛在新的和獨特的失效機理 b,任何應用中無顯現但測試或條件可能會導致失效的情況 c, 任何相反地會降低加速失效的極端條件和應用使用本文件并不是要解除IC 供應商對自己內部認證項目的責任性,其中的使用者被定義為所有按照規格書使用其認證器件的客戶,客戶有責任去證實確認所有的認證數據與本文件相-致.供應商對由其規格書里所陳述的器件溫度等級的使用是非常值得提倡的。 1.1目的 此規格的目的是要確定-種器件在應用中能夠通過應力測試以及被認為能夠提供某種級別的品質和可靠性. 1.2參考文件 目前參考文件的修訂將隨認證計劃協議的日期而受到影響,后續認證計劃將 會自動采用這些參考文件的更新修訂版. 1.2.1 汽車級AEC-Q001 零件平均測試指導原則 AEC-0002 統計式 良品率分析的指導原則 AEC-Q003芯片產品的電性表現特性化的指導原則AEC-Q004 零缺陷指導原則SAE J1752/3 集成電路輻射測量程序 1.2.2 軍用級MIL-STD-883 微電子測試方式和程序 1.2.3 工業級JEDEC JESD-22 EIA/JESD78 UL -STD-94 IPC/JEDEC J-STD-020 JESD89 JESD89- 1 JESD89-2 JESD89-3 封裝器件可靠性測試方法集成電路閂鎖效應測試器件和器具中塑料 材質零件的易燃性測試塑性材料集 成電路表面貼封器件的濕度/回流焊敏感性分 類等級 a粒子和宇宙射線引起的半導體器件軟誤差的測量和報告系統軟誤差率的測試方法a源 加速的軟誤差率的測試方法光線加速的軟誤差率的測試方法 1.3定義 1.3.1 AEC Q100認證如果成功完成根據本文件各要點需要的測試結果,那么將允許供 應商聲稱他們的零件通過了AEC Q100 認證.供應商可以與客戶協商,可以在樣品尺寸和條 件的認證上比文件要求的要放寬些,但是只有完成要求實現的時候才能認為零件通過了AEC Q100認證. 1.3.2應用承認 承認被定義為客戶同意在他們的應用中使用某零件,但客戶承認的方式已經超出了本文件的范圍、1.3.3 零件工作溫度等級的定義零件工作溫度等級定義如下: 0等級:環境工作溫度范圍-40C-150C 1 等級 :環境工作溫度范圍-40C-125C 2等級:環境工作溫度范圍-40C-105C 3等級:環境工作溫度范圍-40C-85C 4等級:環境工作溫度范圍0'C-70C。 2 2.1通用要求 目標該規范的目標是建立一個標準,以描述基于一套最低認證要求的集成電路工作溫度等級. 2.1.1零缺陷 認證和本文件的其他方面都是為了達到零缺陷的目標,需要完成零缺陷項目的基本內容都可以在AEC-0004 零缺陷指導原則里查到. 2.2優先要求 當該標準中的要求與其他文件相沖突時,可采用以下優先順序: a, 采購訂單b,個別器件 規格c,本文件標準d,本文件的1.2節中的參考文件e,供應商的數據規格 2.3 滿足認證和重新認證要求的通用數據的使用 2.3.1通用數據的定義使用通用數據來簡化認證過程非常值得提倡,通用數據可以提供 給使用者用于其它測試需求.需要考慮到的是,通用數據必須基于- -系列特殊要求,這些要 求與表3和附錄1所示的器件和制造工藝的所有特性相關聯的.如果通用數據包含任何 失效,這個數據就不能作為通用數據,除非供應商已經證明和針對客戶接受的失效條件進行 了糾正措施、附錄1定義了標準,通過它各個成員可以組成這個認證家族,為的是所有家族 成員的數據對于質疑的器件認證都能是均等的和普遍接受的. 對于應力測試,如果論證在技 術上是很合理的,那么兩個或更多的認證家族將會組合起來進行(例如數據上的支持) . 表1零件認證和重新認證的批次要求 表2要求的批次和樣品的尺寸 零件信息,新設備,未使用通用數據 某認證家族的零件需要經過認證的,將僅要求4.2 節中定義的器件特殊測試,要認證的零件不能過復雜,能符合附錄批次和樣品的測試要求須根據表2中要1中認證家族的定義求的測試參考附錄4決定表2中要求的相應測試,批次和樣品尺寸須根據表2中要求的測試參考表3決定需要表2中何種測試,批次和樣品尺寸須根據表2中要求的測式具有可以用通用數據的新零件。 零件加工工藝改變 零件環境測試要達到所有測試的溫度至少-批次的電終端測試(完全為認證極端點,但是電終端測試的溫度要低于測試)必須達到或超過器件等級要求的等級要求溫度溫度極點多個地點的認證和重新認證多個認證家族的認證和重新認證參考附錄1中第3節,適當關注下這些認證家族的指導原則,就能夠積累起適用于該家族其他器件的信息,這些信息能夠用來證實一一個器件家族的通用可靠性并使特殊器件認證測試項目的需要減少到最低,這需要通過以下途徑可以實現:認證和監測認證家族中最復雜的器件(例如大內存,模數轉換器,大尺寸芯臣) , 對后來加入此認證家族不太復雜的器件應用這些信息數據. 通用數據的來源應該是供應商經鑒定過的測試實驗室,它包括內部供應商認證, 基本結構或標準的電路描述和測試,使用者特殊認證,以及供應商過程監控.提交的通用數據必須達到或超過表2中列出的測試條件.終端測試溫度必須達到最差的溫度極端,至少一個批次的數據用來認證工作器件的溫度等級.未做到以上并且如果未使用或接受現有的通用數據,將會導致供應商1個或3個批次的認證器件上的應力測試受到懷疑.使用者有最終權接受通用數 據來代替測試數據. 表3描述了一組必須考慮到元器組件有任何改變的認證測試,其中的矩陣圖也同樣描述了與制程改變相關的新工藝制程和重新認證,該表是一個測試總括, 使用者應將其作一個基本準線來討論那些存在疑問需要認證的測試。供應商 有責任介紹為什么某些被推薦的測試不須要進行的基本原理. 2.3.2 通用數據接受的時間限制只要從初始認證的所有可靠性數據被呈交給客戶評估起,通用數據的可接受性就不存在時間上的限制,此數據必須取 自按照附錄1定義的特殊零件或同樣認證家族中的零件,包括任何客戶的特殊數據(如果客戶非AEC, 保留客戶的名字) ,制程認證改變,周期可靠性監控數據。 注:一些制程改變(如元件縮小化)將會影響通用數據的使用,以至于這些改變之前得到的數據就不能作為通用數據接受使用. 2.4 2.4.1 測試樣品批次要求測試樣品應該由認證家族中有代表性的器件構成,由于缺少通用數 據就需要有多批次的測試,2中列出的測試樣品必須是由非連續晶圓批次表中近似均等 的數量組成,并在非連續成型批次中裝配.即樣品在生產廠里必須是分散的,或者裝配加工線至少有一個非認證批次。 2.4.2 生產要求所有認證器件都應在制造場所加工處理,有助于量產時零件的傳輸.其他電測試場所可以在其電性質證實有效后用于電測量。 2. 4.3 測試樣品的再利用已經用來做非破壞性認證測試的器件可以用來做其他認證測試,而做過破壞性認證測試的器件則除了工程分析外不能再使用。 2.4.4 樣品尺寸要求 用于認證測試的樣品尺寸與(或)提交的通用數據必須與表2中指定i的最小樣品尺寸和接受標準相一致. 如果供應商選擇使用通用數據來認證, 則特殊的測試條件和結果必須記錄并對使用者有可用性(更合適的格式可見附錄4).現有可用的通用數據應首先滿足這些要求和表2中2.3 節的每個測試要求,如果通用數據不能滿足這些要求,就要進行器件特殊認證測試。 2.4.5預前應力測試和應力測試后要求 每個測試指定了終端測試溫度(室溫,高溫和低溫).溫度特殊值必須設有最差情況,即每個測試中用至少一一個批次的通用數據和器件特殊數據來設置溫度等級極端.例如,如果某供應商設計一種設備,有意設置在工作溫度等級3環境(-40C到+80C) , 那么終端測試溫度極端僅需將其作為限定.針對更高工作溫度等級環境(等級1的-40C到+125C)應用中的認證,要測試至少一個批次能用到附加終端測試溫度極端的器件。 應力測試失效后的定義測試失效定義為設備不符合測試的器件規范和標準規范,或是供應商的數據表,其重要性依次定義在2.2節中. 任何由于環境測試導致的外部物理破壞的器件也要被認為是失效的器件.如果失效的原因被廠商和使用者認為是非正確運轉,靜電放電或一些其他與測試條件不相關的原因,失效就算不上,但作為數據提交的一部份上報。 3.1 認證和重新認證 新器件認證新器件認證的應力測試要求流程如圖2所示,2中描述了相關的測表試條件.對于每個認證,無論是待認證器件的應力測試結果還是可接受的通用數據,供應商都必須有這些所有的數據.復審也應由同類家族的器件構成, 以確保在這個家族中沒有存在普遍的失效機理.無論何時認為通用數據的可用性, 都要得到供應商的論證和使用者的核準,對于每個器件認證,供應商必須提供以下: ●設計,建造和認證的證書(見附錄2)應力測試認證數據(見表2和附錄4) ●用經過Q100-007認證(當適用于器件類型時)的軟件故障等級水平的指示數據,可以利用并能達到客戶的要求. 3.1.1當前認證家族中新器件的認證如果通過供應商論證和使用者的同意,目前認證家族中的新的或重新設計的產品(晶圓修改版)可以用一個晶圓批次進行認證。 3.2 器件改變后的重新認證 當供應商對產品或(和)制程作出了改變,從而影響了(或潛在影響) 器件的外形,安裝,功能,質量和(或)可靠性時(見表3的指導原則),該器件就需要重新認證. 3.2. 1制程改變須知供應商將會滿足客戶對產品/制程改變的要求. 3.2.2 需要重新認證的改變根據附錄1描述的,產品任何最小的改變,都要用表3來決定重新認證的測試計劃,需要進行表2中列出的可適用的測試.表3應該作為一種指導,用以決定哪種測試可以用來作為特殊零件改變的認證,或者對于那些測試,是否相當于通用數據來提交。 3.2.3 通過重新認證的標準 所有重新認證都應分析根本原因,根據需要確定糾正的和預防性的行動如果最低程度的適當的遏止方式得到了使用者的論證和承認,器件和(或) 認證家族可以暫被承認為”認證狀態”, 一直到有適當糾正的和預防性的行動為止。 3.2.4 使用者承認一種改變不會影響器件的工作溫度等級,但是會影響其應用時的性能.對于一些使用者的特別應用將需要其對制程改變有單獨的授權許可,而許可方式則超出了本文件的范圍. 4.1 認證測試 通用測試測試流程如圖2所示,測試細則如表2所列.并不是所有測試都適用于一切器件,例如某些測試只適用于陶瓷封裝器件,其他測試只適用于非易失性存儲器器件等等.表2的注釋欄中指定了適用于特殊器件類型的測試.表2的附加要求”欄中也提供了重點測試要求,取代了參考測試方法的那些要求,任何使用者要求的及未列入本文件的特別認證測試和條件,需要供應商和使用者進行協商. 4.2 器件特殊測試對于所有密塑封的待認證特殊器件,必須進行以下測試。通用數據不允許 用在這些器件上.如果已經存在的器件特殊數據則是可以接受的. 1,靜電放電所有產品2,閂鎖效應所有產品3,電分配供應商必須證明,超過了工作溫 度等級,電壓和頻率范圍, 器件能夠滿足其規格說明的參數限制.數據必須取自至少三個批 次,或矩陣式(或斜式)制程批次,都必須提供足夠的樣品進行有效的統計,詳見Q100-009. 強 烈推薦使用AEC-9001的零件平均測試指導原則來建立終測限度.4,其他測試使用者可以 要求其他測試,取代那些來自他與特殊供應商經驗的通用數據。 4.3 磨損可靠性測試與磨損失效機理相關的新技術和材料無論何時被認證,以 下列出的失效機理測試都必須是可應用的.數據,測試方法,計算和內部標準在每種新器件的認證上不需要論證和執行,但應滿足使用者的要求 ●電遷移 ●經時絕緣擊穿(TDDB薄柵氧化層測試)針對所有MOS技術 ●熱載流子注入效應針對1微米以下所有MOS 技術 ●負偏壓溫度不穩定性 ●應力遷移 芯片設計 芯片制造 C測試組F測試組過程平均測試統計式良率分析邦線剪切E測試組邦線拉力錫球剪切(預處理)經時介質擊穿物理尺寸引腳牢固性 封裝線 D測試組電遷移故障等級特性 外觀檢 熱載流子注入效應負偏壓溫度不穩定性 可焊性 缺陷篩選 如:篩選老煉試驗 邦線剪切 功能/參數電性檢測 A測試組室溫測試高溫測試高溫貯存壽命試驗功率溫度循環*有偏溫濕度或高加速應力測試預處理高溫測試高壓或無偏高加速應力測試或溫濕度(無偏) B組測試 室溫測試 室溫 高溫 低溫 測試 高溫工作壽命試驗 室溫 高溫 低溫試驗 室溫和高溫測試 溫度循環 早期壽命故障率 室溫和高溫測試 邦線拉力 高溫測試 非易失性存儲器耐久力,數據保持能力,工作壽命 室溫測試 室溫和高溫測試 *功率溫度循環前預處理22片E測試組室溫和高溫測試粗/細氣漏室溫測試靜 電放電人體模式/機械模式熱電效應引起閘極漏電** 室溫測試室溫和高溫測試 電分配室溫,高溫,低溫測試**閘極漏電流測試僅供參考蓋板扭力芯片剪切G測試組 內部水蒸氣 電磁兼容 短路特性 軟誤差率 室溫測試 帶電器件模式 閂鎖效應 機械沖擊 變頻振動 恒加溫 包裝 跌落 室溫測試 注釋: HP BNDS GK僅要求密封器件僅要求塑封器件僅要求焊球表面貼裝(BGA)器件非破壞性測試,器件還可以用到其它測試上或者用到生產上破壞性測試,器件不能重新用來認證和生產僅要求表面貼裝塑封器件承認通用數據.見表1的2.3節和附錄1使用AEC-Q100-005方法來對獨立非易失性存儲器集成電路或帶有非易失性存儲器模塊的集成電路進行預處理. #特殊測試的參考數據*認證應力前后的所有電性能測試都要在個別器件的溫度和限定值說明的界限下進行. 表3針對測試選擇的制程改變認證指導原則 附錄1認證家族的定義 特殊制程的認證應被定義在但不局限于下列分類范圍內、供貨商將對每種重要的制程 和材料提供完整的描述.認證題目和數據必須有明顯有效的聯系.認證家族中分類的器件,必 須按下述中有同樣的主要制程和原材料.當一個家族成員成功地完成了除了4.2 節中器件 的特殊要求的認證時,所 有使用同樣制程和材料的器件能夠被歸類于同樣的認證家族并且 得到了認證。從特殊家族中器件得到的預認證數據可以擴大至那個家族中后續器件的認證. 對于涉及多種情況的顯著變化(例如場所,材料,制程)參考本附錄的A1.3,節和Q100的2.3節,其慮及到了包括所有可能改變的最差情況測試工具的選擇. A 1.1制造過程每種制程技術(例如CoMS, NMOS,雙極性等)必須分別去考慮和認證.無論如何相近,來自一-種基本制造技術的制程都不能用在另一個上,對于BiCoMS 器件, 數據必須來自于電路考慮方面的相應的技術.制程和材料改變時則需要相應測試的家族重新認證見表A1的指導原則) . 描述認證家族的重要特征如下所列: a.晶圓制造技術(例如COMS, NMOS,雙極性等) b.晶圓 制造過程一一由以下列出的相同屬性構成:●電路元件特征尺寸(例如布板設計規則,芯 片縮小化,接觸,柵極,絕緣性)●基板(例如定位,摻雜,低濃度P型漏區,晶圓尺寸)● 掩膜數(供應者須對放棄該需求出示適當理由)●光刻工藝 (例如,接觸與注入,電子束與X 光,光阻極性)●摻雜工藝(例如,擴散與離子注入) 柵極結構,材料和工藝(例如多晶硅, 金屬,硅鋁,濕,干蝕刻)。

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