集成电路可靠性试验项目、方法及标准汇总

可靠性（Reliability）是衡量产品耐久力的指标，典型IC产品的生命周期通常可用一条浴缸曲线（Bathtub Curve）来表示。

如上图所示，集成电路的失效原因大致可分为三个阶段：

Region (I) 被称作早夭期（Infancy period），此阶段产品的失效率急剧下降，失效原因源于IC设计和生产过程中的缺陷；

Region (II) 被称为使用期（Useful life period），该阶段产品的失效率保持稳定，失效原因往往具有随机性，例如温度变化等；

Region (III) 被叫做磨耗期（Wear - Out period），这一阶段产品的失效率会迅速升高，失效原因是产品长期使用导致的老化等问题。

军工级器件老化筛选

元器件寿命试验、ESD等级、Latch_up测试评价、高低温性能分析试验、集成电路微缺陷分析、封装缺陷无损检测及分析、电迁移与热载流子评价分析

根据试验等级可分为以下几类：

一、使用寿命测试项目（Life test items）

EFR：早期失效等级测试（Early fail Rate Test）

目的：评估工艺的稳定性，加速缺陷失效率，剔除因先天性原因失效的产品。

测试条件：在特定时间内动态提高温度和电压对产品进行测试。

失效机制：材料或工艺的缺陷，包括氧化层缺陷、金属刻镀问题、离子玷污等生产过程造成的失效。

参考标准：JESD22 - A108 - AEIAJED - 4701 - D101

HTOL/LTOL：高/低温操作生命期试验（High/Low Temperature Operating Life）

目的：评估器件在超热和超电压情况下一段时间的耐久能力。

测试条件：125℃，1.1VCC，动态测试。

失效机制：电子迁移、氧化层破裂、相互扩散、不稳定性、离子玷污等。

参考数据：125℃条件下1000小时测试通过，IC可保证持续使用4年；2000小时测试通过，可持续使用8年；150℃ 1000小时测试通过保证使用8年，2000小时保证使用28年。

参考标准：MIT - STD - 883E Method 1005.8、JESD22 - A108 - AEIAJED - 4701 - D101

二、环境测试项目（Environmental test items）

PRE - CON：预处理测试（Precondition Test）

目的：模拟IC在使用前于一定湿度和温度条件下存储的耐久力，即IC从生产到使用期间存储的可靠性。

THB：加速式温湿度及偏压测试（Temperature Humidity Bias Test）

目的：评估IC产品在高温、高湿、偏压条件下对湿气的抵抗能力，加速其失效进程。

测试条件：85℃，85%RH，1.1 VCC，Static bias。

失效机制：电解腐蚀。

参考标准：JESD22 - A101 - DEIAJED - 4701 - D122

高加速温湿度及偏压测试（HAST: Highly Accelerated Stress Test）

目的：评估IC产品在偏压下高温、高湿、高气压条件下对湿度的抵抗能力，加速其失效过程。

测试条件：130℃，85%RH，1.1 VCC，Static bias，2.3 atm。

失效机制：电离腐蚀、封装密封性问题。

参考标准：JESD22 - A110

PCT：高压蒸煮试验（Pressure Cook Test (Autoclave Test)）

目的：评估IC产品在高温、高湿、高气压条件下对湿度的抵抗能力，加速其失效过程。

测试条件：130℃，85%RH，Static bias，15PSIG（2 atm）。

失效机制：化学金属腐蚀、封装密封性问题。

参考标准：JESD22 - A102、EIAJED - 4701 - B123

* HAST与THB的区别在于HAST温度更高且考虑了压力因素，实验时间可缩短；而PCT不加偏压，但湿度更大。

TCT：高低温循环试验（Temperature Cycling Test）

目的：评估IC产品中具有不同热膨胀系数的金属之间界面的接触良率。方法是通过循环流动的空气使温度在高温和低温之间反复变化。

测试条件：Condition B: - 55℃至125℃；Condition C: - 65℃至150℃。

失效机制：电介质断裂、导体和绝缘体断裂、不同界面分层。

参考标准：MIT - STD - 883E Method 1010.7、JESD22 - A104 - AEIAJED - 4701 - B - 131

TST：高低温冲击试验（Thermal Shock Test）

目的：评估IC产品中具有不同热膨胀系数的金属之间界面的接触良率。方法是通过循环流动的液体使温度在高温和低温之间反复变化。

测试条件：Condition B: - 55℃至125℃；Condition C: - 65℃至150℃。

失效机制：电介质断裂、材料老化（如bond wires）、导体机械变形。

参考标准：MIT - STD - 883E Method 1011.9、JESD22 - B106、EIAJED - 4701 - B - 141

* TCT与TST的区别在于TCT侧重于package的测试，而TST侧重于晶园的测试。

HTST：高温储存试验（High Temperature Storage Life Test）

目的：评估IC产品在实际使用前，在高温条件下保持数年不工作状态的寿命。

测试条件：150℃。

失效机制：化学和扩散效应、Au - Al共金效应。

参考标准：MIT - STD - 883E Method 1008.2、JESD22 - A103 - A、EIAJED - 4701 - B111

可焊性试验（Solderability Test）

目的：评估IC leads在粘锡过程中的可靠性。

测试方法：Step1：蒸汽老化8小时；Step2：浸入245℃锡盆中5秒。

失效标准（Failure Criterion）：至少95％良率。

具体的测试条件和估算结果可参考以下标准：MIT - STD - 883E Method 2003.7、JESD22 - B102

SHT Test:焊接热量耐久测试（Solder Heat Resistivity Test）

目的：评估IC对瞬间高温的敏感度。

测试方法：侵入260℃锡盆中10秒。

失效标准（Failure Criterion）：根据电测试结果。

具体的测试条件和估算结果可参考以下标准：MIT - STD - 883E Method 2003.7、EIAJED - 4701 - B106

三、耐久性测试项目（Endurance test items）

周期耐久性测试（Endurance Cycling Test）

目的：评估非挥发性memory器件在多次读写算后的持久性能。

测试方法：将数据写入memory的存储单元，再擦除数据，重复该过程多次。

测试条件：室温或更高温度，每个数据的读写次数达到100k ~ 1000k。

参考标准：MIT - STD - 883E Method 1033

数据保持力测试（Data Retention Test）

目的：在重复读写后，加速非挥发性memory器件存储节点的电荷损失。

测试条件：在高温条件下将数据写入memory存储单元后，多次读取并验证单元中的数据。

失效机制：150℃