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解析 2024 芯片行業(yè)冷熱沖擊試驗(yàn)箱試驗(yàn)的解決方案

發(fā)布時(shí)間: 2024-07-16  點(diǎn)擊次數(shù): 387次

解析 2024 芯片行業(yè)冷熱沖擊試驗(yàn)箱試驗(yàn)的解決方案



一、引言


隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展,芯片的性能和可靠性要求日益提高。冷熱沖擊試驗(yàn)作為一種重要的可靠性測(cè)試方法,對(duì)于評(píng)估芯片在嚴(yán)苛溫度變化環(huán)境下的性能和穩(wěn)定性具有關(guān)鍵意義。本方案旨在為 2024 年芯片行業(yè)提供一套全面、科學(xué)、有效的冷熱沖擊試驗(yàn)解決方案。

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二、目的


通過冷熱沖擊試驗(yàn),檢測(cè)芯片在快速溫度變化條件下的性能和可靠性,提前發(fā)現(xiàn)潛在的質(zhì)量問題,為芯片的設(shè)計(jì)優(yōu)化、生產(chǎn)工藝改進(jìn)和質(zhì)量控制提供依據(jù)。


三、實(shí)驗(yàn)/設(shè)備條件


(一)冷熱沖擊試驗(yàn)箱


  1. 選用高性能的冷熱沖擊試驗(yàn)箱,具備以下技術(shù)參數(shù):

    • 溫度范圍:-70°C 至 +180°C,滿足芯片可能面臨的嚴(yán)苛溫度環(huán)境。

    • 溫度轉(zhuǎn)換速率:≤5 秒,確??焖俚臏囟惹袚Q,以模擬真實(shí)的沖擊情況。

    • 溫度均勻度:≤2°C,保證試驗(yàn)箱內(nèi)不同位置的溫度一致性。

    • 控制系統(tǒng):采用先進(jìn)的可編程控制器(PLC)或計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)精確的溫度控制和試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置。


(二)輔助測(cè)試設(shè)備


  1. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng):用于實(shí)時(shí)采集芯片在試驗(yàn)過程中的電性能參數(shù),如電壓、電流、電阻等。

  2. 功能測(cè)試設(shè)備:對(duì)芯片進(jìn)行功能測(cè)試,以驗(yàn)證其在冷熱沖擊前后的功能完整性。

  3. 光學(xué)顯微鏡:用于觀察芯片表面的物理損傷,如裂紋、分層等。


四、試驗(yàn)樣品


(一)樣品選擇


選取代表不同工藝節(jié)點(diǎn)、封裝類型和應(yīng)用領(lǐng)域的芯片作為試驗(yàn)樣品,包括但不限于:


  1. 先進(jìn)制程的邏輯芯片(如 7nm、5nm 等)。

  2. 存儲(chǔ)芯片(如 DRAM、NAND Flash 等)。

  3. 射頻芯片。

  4. 汽車電子芯片。


(二)樣品預(yù)處理


  1. 在試驗(yàn)前,對(duì)芯片進(jìn)行初始性能測(cè)試,包括電性能測(cè)試、功能測(cè)試等,并記錄測(cè)試結(jié)果。

  2. 對(duì)芯片進(jìn)行編號(hào),以便于識(shí)別和跟蹤。


五、試驗(yàn)步驟


(一)安裝與連接


  1. 將芯片樣品安裝在特制的試驗(yàn)夾具上,確保芯片與夾具之間有良好的熱傳導(dǎo)和電氣連接。

  2. 將試驗(yàn)夾具放入冷熱沖擊試驗(yàn)箱內(nèi),并連接好數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和功能測(cè)試設(shè)備。


(二)試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置


  1. 設(shè)定低溫溫度為 -60°C,高溫溫度為 +150°C。

  2. 設(shè)定溫度停留時(shí)間:低溫和高溫各保持 15 分鐘。

  3. 設(shè)定溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間:≤5 秒。

  4. 設(shè)定試驗(yàn)循環(huán)次數(shù):根據(jù)芯片的應(yīng)用場(chǎng)景和質(zhì)量要求,選擇 500 次、1000 次或更多。


(三)試驗(yàn)啟動(dòng)


  1. 啟動(dòng)冷熱沖擊試驗(yàn)箱,開始試驗(yàn)。

  2. 在試驗(yàn)過程中,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄芯片的電性能參數(shù),功能測(cè)試設(shè)備按照設(shè)定的時(shí)間間隔對(duì)芯片進(jìn)行功能測(cè)試。


(四)試驗(yàn)中斷與恢復(fù)


  1. 若試驗(yàn)過程中出現(xiàn)設(shè)備故障或異常情況,應(yīng)立即中斷試驗(yàn),并記錄中斷時(shí)的試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)和芯片狀態(tài)。

  2. 排除故障后,根據(jù)中斷情況評(píng)估是否可以恢復(fù)試驗(yàn)。若可以恢復(fù),從中斷時(shí)的試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn);若無法恢復(fù),重新進(jìn)行試驗(yàn)。


(五)試驗(yàn)結(jié)束


  1. 完成設(shè)定的試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)后,停止試驗(yàn)。

  2. 將芯片從試驗(yàn)箱中取出,放置在常溫環(huán)境下恢復(fù)一段時(shí)間(通常為 24 小時(shí))。


六、試驗(yàn)條件


(一)溫度變化速率


根據(jù)芯片的熱特性和實(shí)際應(yīng)用環(huán)境,選擇合適的溫度變化速率。較快的溫度變化速率可以更有效地檢測(cè)出芯片的熱機(jī)械應(yīng)力問題,但也可能對(duì)芯片造成過度損傷。因此,需要在試驗(yàn)效果和芯片保護(hù)之間進(jìn)行平衡。


(二)循環(huán)次數(shù)


循環(huán)次數(shù)應(yīng)根據(jù)芯片的預(yù)期使用壽命和可靠性要求來確定。一般來說,對(duì)于高可靠性要求的芯片,如航空航天、汽車電子等領(lǐng)域的芯片,需要進(jìn)行更多的循環(huán)次數(shù)。


(三)溫度停留時(shí)間


在低溫和高溫狀態(tài)下的停留時(shí)間應(yīng)足夠長(zhǎng),以使芯片達(dá)到熱平衡,充分暴露在嚴(yán)苛溫度環(huán)境下,但停留時(shí)間過長(zhǎng)可能會(huì)增加試驗(yàn)時(shí)間和成本。


七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果/結(jié)論


(一)結(jié)果分析


  1. 電性能分析:對(duì)比試驗(yàn)前后芯片的電性能參數(shù),如電阻、電容、電感等,評(píng)估其變化情況。若電性能參數(shù)超出規(guī)定的公差范圍,則認(rèn)為芯片存在性能退化。

  2. 功能測(cè)試分析:對(duì)試驗(yàn)后的芯片進(jìn)行全面的功能測(cè)試,與初始功能測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。若芯片出現(xiàn)功能失效,則進(jìn)一步分析失效原因。

  3. 物理損傷分析:使用光學(xué)顯微鏡觀察芯片表面和內(nèi)部的物理損傷,如裂紋、分層、焊點(diǎn)脫落等。分析損傷的類型、位置和嚴(yán)重程度,評(píng)估其對(duì)芯片性能和可靠性的影響。


(二)結(jié)論


  1. 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,判斷芯片是否通過冷熱沖擊試驗(yàn)。若芯片在試驗(yàn)后仍能保持良好的電性能、功能完整性,且無明顯的物理損傷,則認(rèn)為芯片通過試驗(yàn),具備在相應(yīng)溫度環(huán)境下工作的可靠性。

  2. 對(duì)于未通過試驗(yàn)的芯片,分析其失效模式和原因,提出改進(jìn)措施和建議,為芯片的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝優(yōu)化提供參考。


八、注意事項(xiàng)


  1. 試驗(yàn)人員應(yīng)具備相關(guān)的專業(yè)知識(shí)和技能,熟悉試驗(yàn)設(shè)備的操作和維護(hù)。

  2. 在試驗(yàn)過程中,應(yīng)嚴(yán)格遵守試驗(yàn)設(shè)備的操作規(guī)程和安全注意事項(xiàng),確保試驗(yàn)人員和設(shè)備的安全。

  3. 試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)、準(zhǔn)確地記錄和保存,以便后續(xù)分析和追溯。


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