AECQ100的失效机理——基于集成电路应力测试

2019-12-13 11:14:07 2593 aecq_100

0 ` AEC-Q100基于集成电路应力测试认证的失效机理： AEC-Q100-001邦线切应力测试 AEC- -Q100-002人体模式静电放电测试 AEC- -Q100-003机械模式静电放电测试 AEC-Q100-004集成电路闩锁效应测试 AEC-Q100-005 可写可擦除的永久性记忆的耐久性,数据保持及工作寿命的测试AEC-Q100-006 热电效应引起的寄生闸极漏电流测试 AEC-Q100-007 故障仿真和测试等级 AEC-Q100-008 早期寿命失效率(ELFR) AEC-Q100-009电分配的评估 AEC-Q100-010 锡球剪切测试 AEC-Q100-011 带电器件模式的静电放电测试 AEC-Q100-012 12V系统灵敏功率设备的短路可靠性描述注意事项 AEC文件中的材料都是经过了AEC 技术委员会所准备,评估和批准的，AEC 文件是为了服务于汽车电子工业,无论其标准是用在国内还是国际上，都可排除器件制造商和采购商之间各方面的不一致性，推动产品的提高和可交换性，还能帮助采购商在最小的时间耽搁内选择和获得来自那些非AEC成员的合适的产品. AEC 文件并不关注其采纳的内容是否涉及到专利,文章,材料或工艺. AEC没有认为对专利拥有者承担责任,也没有认为要对任何采用 AEC文件者承担义务.汽车电子系统制造商的观点主要是AEC 文件里的信息能为产品的说明和应用提供一种很完美的方法.如果没有在本文件见到所陈述的要求,就不能声称与本文件具有一致性.与AEC文件相关内容的疑问,评论和建议请登陆苏州华碧微科检测官网:www.falab.com。基于封装集成电路应力测试认证的失效机理 1.范围本文件包括了一系列应力测试失效机理，最低应力测试认证要求的定义及集成电路认证的参考测试条件.这些测试能够模拟跌落半导体器件和封装失效,目的是能够相对于一般条件加速跌落失效.这组测试应该是有区别的使用,每个认证方案应检查以下: a, 任何潜在新的和独特的失效机理 b,任何应用中无显现但测试或条件可能会导致失效的情况 c, 任何相反地会降低加速失效的极端条件和应用使用本文件并不是要解除IC 供应商对自己内部认证项目的责任性,其中的使用者被定义为所有按照规格书使用其认证器件的客户,客户有责任去证实确认所有的认证数据与本文件相-致.供应商对由其规格书里所陈述的器件温度等级的使用是非常值得提倡的。 1.1目的此规格的目的是要确定-种器件在应用中能够通过应力测试以及被认为能够提供某种级别的品质和可靠性. 1.2参考文件目前参考文件的修订将随认证计划协议的日期而受到影响，后续认证计划将会自动采用这些参考文件的更新修订版. 1.2.1 汽车级AEC-Q001 零件平均测试指导原则 AEC-0002 统计式良品率分析的指导原则 AEC-Q003芯片产品的电性表现特性化的指导原则AEC-Q004 零缺陷指导原则SAE J1752/3 集成电路辐射测量程序 1.2.2 军用级MIL-STD-883 微电子测试方式和程序 1.2.3 工业级JEDEC JESD-22 EIA/JESD78 UL -STD-94 IPC/JEDEC J-STD-020 JESD89 JESD89- 1 JESD89-2 JESD89-3 封装器件可靠性测试方法集成电路闩锁效应测试器件和器具中塑料材质零件的易燃性测试塑性材料集成电路表面贴封器件的湿度/回流焊敏感性分类等级 a粒子和宇宙射线引起的半导体器件软误差的测量和报告系统软误差率的测试方法a源加速的软误差率的测试方法光线加速的软误差率的测试方法 1.3定义 1.3.1 AEC Q100认证如果成功完成根据本文件各要点需要的测试结果，那么将允许供应商声称他们的零件通过了AEC Q100 认证.供应商可以与客户协商,可以在样品尺寸和条件的认证上比文件要求的要放宽些,但是只有完成要求实现的时候才能认为零件通过了AEC Q100认证. 1. 3.2应用承认承认被定义为客户同意在他们的应用中使用某零件,但客户承认的方式已经超出了本文件的范围、1.3.3 零件工作温度等级的定义零件工作温度等级定义如下: 0等级:环境工作温度范围-40C-150C 1 等级 :环境工作温度范围-40C-125C 2等级:环境工作温度范围-40C-105C 3等级:环境工作温度范围-40C-85C 4等级:环境工作温度范围0'C-70C。 2 2.1通用要求目标该规范的目标是建立一个标准，以描述基于一套最低认证要求的集成电路工作温度等级. 2.1.1零缺陷认证和本文件的其他方面都是为了达到零缺陷的目标，需要完成零缺陷项目的基本内容都可以在AEC-0004 零缺陷指导原则里查到. 2.2优先要求当该标准中的要求与其他文件相冲突时，可采用以下优先顺序: a, 采购订单b,个别器件规格c,本文件标准d,本文件的1.2节中的参考文件e,供应商的数据规格 2.3 满足认证和重新认证要求的通用数据的使用 2.3.1通用数据的定义使用通用数据来简化认证过程非常值得提倡，通用数据可以提供给使用者用于其它测试需求.需要考虑到的是,通用数据必须基于- -系列特殊要求,这些要求与表3和附录1所示的器件和制造工艺的所有特性相关联的.如果通用数据包含任何失效，这个数据就不能作为通用数据，除非供应商已经证明和针对客户接受的失效条件进行了纠正措施、附录1定义了标准，通过它各个成员可以组成这个认证家族，为的是所有家族成员的数据对于质疑的器件认证都能是均等的和普遍接受的. 对于应力测试,如果论证在技术上是很合理的，那么两个或更多的认证家族将会组合起来进行(例如数据上的支持) . 表1零件认证和重新认证的批次要求表2要求的批次和样品的尺寸零件信息，新设备,未使用通用数据某认证家族的零件需要经过认证的,将仅要求4.2 节中定义的器件特殊测试，要认证的零件不能过复杂，能符合附录批次和样品的测试要求须根据表2中要1中认证家族的定义求的测试参考附录4决定表2中要求的相应测试，批次和样品尺寸须根据表2中要求的测试参考表3决定需要表2中何种测试,批次和样品尺寸须根据表2中要求的测式具有可以用通用数据的新零件。零件加工工艺改变零件环境测试要达到所有测试的温度至少-批次的电终端测试(完全为认证极端点，但是电终端测试的温度要低于测试)必须达到或超过器件等级要求的等级要求温度温度极点多个地点的认证和重新认证多个认证家族的认证和重新认证参考附录1中第3节，适当关注下这些认证家族的指导原则，就能够积累起适用于该家族其他器件的信息，这些信息能够用来证实一一个器件家族的通用可靠性并使特殊器件认证测试项目的需要减少到最低，这需要通过以下途径可以实现:认证和监测认证家族中最复杂的器件(例如大内存，模数转换器，大尺寸芯臣) , 对后来加入此认证家族不太复杂的器件应用这些信息数据. 通用数据的来源应该是供应商经鉴定过的测试实验室，它包括内部供应商认证, 基本结构或标准的电路描述和测试，使用者特殊认证，以及供应商过程监控.提交的通用数据必须达到或超过表2中列出的测试条件.终端测试温度必须达到最差的温度极端，至少一个批次的数据用来认证工作器件的温度等级.未做到以上并且如果未使用或接受现有的通用数据,将会导致供应商1个或3个批次的认证器件上的应力测试受到怀疑.使用者有最终权接受通用数据来代替测试数据. 表3描述了一组必须考虑到元器组件有任何改变的认证测试，其中的矩阵图也同样描述了与制程改变相关的新工艺制程和重新认证，该表是一个测试总括，使用者应将其作一个基本准线来讨论那些存在疑问需要认证的测试。供应商有责任介绍为什么某些被推荐的测试不须要进行的基本原理. 2.3.2 通用数据接受的时间限制只要从初始认证的所有可靠性数据被呈交给客户评估起，通用数据的可接受性就不存在时间上的限制，此数据必须取自按照附录1定义的特殊零件或同样认证家族中的零件,包括任何客户的特殊数据(如果客户非AEC, 保留客户的名字) ,制程认证改变,周期可靠性监控数据。注:一些制程改变(如元件缩小化)将会影响通用数据的使用,以至于这些改变之前得到的数据就不能作为通用数据接受使用. 2.4 2.4.1 测试样品批次要求测试样品应该由认证家族中有代表性的器件构成，由于缺少通用数据就需要有多批次的测试，2中列出的测试样品必须是由非连续晶圆批次表中近似均等的数量组成，并在非连续成型批次中装配.即样品在生产厂里必须是分散的，或者装配加工线至少有一个非认证批次。 2.4.2 生产要求所有认证器件都应在制造场所加工处理,有助于量产时零件的传输.其他电测试场所可以在其电性质证实有效后用于电测量。 2. 4.3 测试样品的再利用已经用来做非破坏性认证测试的器件可以用来做其他认证测试，而做过破坏性认证测试的器件则除了工程分析外不能再使用。 2.4.4 样品尺寸要求用于认证测试的样品尺寸与(或)提交的通用数据必须与表2中指定i的最小样品尺寸和接受标准相一致. 如果供应商选择使用通用数据来认证，则特殊的测试条件和结果必须记录并对使用者有可用性(更合适的格式可见附录4).现有可用的通用数据应首先满足这些要求和表2中2.3 节的每个测试要求，如果通用数据不能满足这些要求，就要进行器件特殊认证测试。 2. 4.5预前应力测试和应力测试后要求每个测试指定了终端测试温度(室温,高温和低温).温度特殊值必须设有最差情况，即每个测试中用至少一一个批次的通用数据和器件特殊数据来设置温度等级极端.例如,如果某供应商设计一种设备,有意设置在工作温度等级3环境(-40C到+80C) , 那么终端测试温度极端仅需将其作为限定.针对更高工作温度等级环境(等级1的-40C到+125C)应用中的认证,要测试至少一个批次能用到附加终端测试温度极端的器件。应力测试失效后的定义测试失效定义为设备不符合测试的器件规范和标准规范，或是供应商的数据表,其重要性依次定义在2.2节中. 任何由于环境测试导致的外部物理破坏的器件也要被认为是失效的器件.如果失效的原因被厂商和使用者认为是非正确运转,静电放电或一些其他与测试条件不相关的原因，失效就算不上,但作为数据提交的一部份上报。 3.1 认证和重新认证新器件认证新器件认证的应力测试要求流程如图2所示，2中描述了相关的测表试条件.对于每个认证,无论是待认证器件的应力测试结果还是可接受的通用数据，供应商都必须有这些所有的数据.复审也应由同类家族的器件构成，以确保在这个家族中没有存在普遍的失效机理.无论何时认为通用数据的可用性, 都要得到供应商的论证和使用者的核准，对于每个器件认证，供应商必须提供以下: ●设计,建造和认证的证书(见附录2)应力测试认证数据(见表2和附录4) ●用经过Q100-007认证(当适用于器件类型时)的软件故障等级水平的指示数据,可以利用并能达到客户的要求. 3.1.1当前认证家族中新器件的认证如果通过供应商论证和使用者的同意，目前认证家族中的新的或重新设计的产品(晶圆修改版)可以用一个晶圆批次进行认证。 3.2 器件改变后的重新认证当供应商对产品或(和)制程作出了改变，从而影响了(或潜在影响) 器件的外形，安装,功能，质量和(或)可靠性时(见表3的指导原则)，该器件就需要重新认证. 3.2. 1制程改变须知供应商将会满足客户对产品/制程改变的要求. 3.2.2 需要重新认证的改变根据附录1描述的，产品任何最小的改变,都要用表3来决定重新认证的测试计划，需要进行表2中列出的可适用的测试.表3应该作为一种指导，用以决定哪种测试可以用来作为特殊零件改变的认证，或者对于那些测试,是否相当于通用数据来提交。 3.2.3 通过重新认证的标准所有重新认证都应分析根本原因，根据需要确定纠正的和预防性的行动如果最低程度的适当的遏止方式得到了使用者的论证和承认，器件和(或) 认证家族可以暂被承认为”认证状态”, 一直到有适当纠正的和预防性的行动为止。 3.2.4 使用者承认一种改变不会影响器件的工作温度等级，但是会影响其应用时的性能.对于一些使用者的特别应用将需要其对制程改变有单独的授权许可，而许可方式则超出了本文件的范围. 4.1 认证测试通用测试测试流程如图2所示，测试细则如表2所列.并不是所有测试都适用于一切器件,例如某些测试只适用于陶瓷封装器件,其他测试只适用于非易失性存储器器件等等.表2的注释栏中指定了适用于特殊器件类型的测试.表2的附加要求”栏中也提供了重点测试要求，取代了参考测试方法的那些要求，任何使用者要求的及未列入本文件的特别认证测试和条件,需要供应商和使用者进行协商. 4.2 器件特殊测试对于所有密塑封的待认证特殊器件,必须进行以下测试。通用数据不允许用在这些器件上.如果已经存在的器件特殊数据则是可以接受的. 1，静电放电所有产品2，闩锁效应所有产品3，电分配供应商必须证明，超过了工作温度等级,电压和频率范围, 器件能够满足其规格说明的参数限制.数据必须取自至少三个批次，或矩阵式(或斜式)制程批次,都必须提供足够的样品进行有效的统计，详见Q100-009. 强烈推荐使用AEC-9001的零件平均测试指导原则来建立终测限度.4，其他测试使用者可以要求其他测试，取代那些来自他与特殊供应商经验的通用数据。 4.3 磨损可靠性测试与磨损失效机理相关的新技术和材料无论何时被认证，以下列出的失效机理测试都必须是可应用的.数据,测试方法，计算和内部标准在每种新器件的认证上不需要论证和执行，但应满足使用者的要求 ●电迁移 ●经时绝缘击穿(TDDB薄栅氧化层测试)针对所有MOS技术 ●热载流子注入效应针对1微米以下所有MOS 技术 ●负偏压温度不稳定性 ●应力迁移芯片设计芯片制造 C测试组F测试组过程平均测试统计式良率分析邦线剪切E测试组邦线拉力锡球剪切(预处理)经时介质击穿物理尺寸引脚牢固性封装线 D测试组电迁移故障等级特性外观检热载流子注入效应负偏压温度不稳定性可焊性缺陷筛选如:筛选老炼试验邦线剪切功能/参数电性检测 A测试组室温测试高温测试高温贮存寿命试验功率温度循环有偏温湿度或高加速应力测试预处理高温测试高压或无偏高加速应力测试或温湿度(无偏) B组测试室温测试室温高温低温测试高温工作寿命试验室温高温低温试验室温和高温测试温度循环早期寿命故障率室温和高温测试邦线拉力高温测试非易失性存储器耐久力,数据保持能力，工作寿命室温测试室温和高温测试功率温度循环前预处理22片E测试组室温和高温测试粗/细气漏室温测试静电放电人体模式/机械模式热电效应引起闸极漏电室温测试室温和高温测试电分配室温,高温，低温测试闸极漏电流测试仅供参考盖板扭力芯片剪切G测试组内部水蒸气电磁兼容短路特性软误差率室温测试带电器件模式闩锁效应机械冲击变频振动恒加温包装跌落室温测试注释: HP BNDS GK仅要求密封器件仅要求塑封器件仅要求焊球表面贴装(BGA)器件非破坏性测试，器件还可以用到其它测试上或者用到生产上破坏性测试,器件不能重新用来认证和生产仅要求表面贴装塑封器件承认通用数据.见表1的2.3节和附录1使用AEC-Q100-005方法来对独立非易失性存储器集成电路或带有非易失性存储器模块的集成电路进行预处理. #特殊测试的参考数据*认证应力前后的所有电性能测试都要在个别器件的温度和限定值说明的界限下进行. 表3针对测试选择的制程改变认证指导原则附录1认证家族的定义特殊制程的认证应被定义在但不局限于下列分类范围内、供货商将对每种重要的制程和材料提供完整的描述.认证题目和数据必须有明显有效的联系.认证家族中分类的器件,必须按下述中有同样的主要制程和原材料.当一个家族成员成功地完成了除了4.2 节中器件的特殊要求的认证时，所有使用同样制程和材料的器件能够被归类于同样的认证家族并且得到了认证。从特殊家族中器件得到的预认证数据可以扩大至那个家族中后续器件的认证. 对于涉及多种情况的显著变化(例如场所，材料，制程)参考本附录的A1.3，节和Q100的2.3节，其虑及到了包括所有可能改变的最差情况测试工具的选择. A 1.1制造过程每种制程技术(例如CoMS, NMOS,双极性等)必须分别去考虑和认证.无论如何相近，来自一-种基本制造技术的制程都不能用在另一个上，对于BiCoMS 器件, 数据必须来自于电路考虑方面的相应的技术.制程和材料改变时则需要相应测试的家族重新认证见表A1的指导原则) . 描述认证家族的重要特征如下所列: a.晶圆制造技术(例如COMS, NMOS,双极性等) b.晶圆制造过程一一由以下列出的相同属性构成:●电路元件特征尺寸(例如布板设计规则，芯片缩小化，接触，栅极，绝缘性)●基板(例如定位，掺杂,低浓度P型漏区，晶圆尺寸)● 掩膜数(供应者须对放弃该需求出示适当理由)●光刻工艺 (例如,接触与注入，电子束与X 光，光阻极性)●掺杂工艺(例如，扩散与离子注入) 栅极结构，材料和工艺(例如多晶硅，金属，硅铝,湿，干蚀刻)。 ` 0
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