产品老化试验的重要性

产品老化(BI)是生产测试流程中不可缺少的步骤，以确保为客户提供良好的质量和正常运行的产品。安可自豪地将“为客户提供优质服务”评为最高的企业美德之一。参见图1。

图1:五年内报告的百万缺陷率(DPM)和DPM目标。

内置集成电路(ic)在其工作寿命内的故障率要比非内置集成电路低得多。因此，使用老化测试设备的测试服务应该是客户的选择。

可靠性浴缸曲线&老化的影响

研究人员已经表明，可靠性故障率开始时很高，如图2中的A阶段所示，然后最终下降到一个恒定的水平，如图b阶段所示。制造商在产品交付给客户之前使用老化去除弥补早期寿命故障的设备。通过将IC置于加速寿命测试条件下，包括提高电压和温度，可以捕获早期生命“婴儿死亡”故障。即使将早期的失败从群体中移除，故障率也会降低，但永远无法消除。再多的产品老化也不能完全消除所有故障。产品使用寿命(阶段B)中的故障在本质上是随机的，不能追溯到与系统制造或设计相关的故障。

在使用寿命即将结束时，故障率再次增加。故障率的增加(图2中的C阶段)归因于氧化物磨损、电迁移、随时间变化的介电击穿等影响。

图2:不良率曲线。

通过施加应力(老化)条件来筛选潜在缺陷，这种应力(老化)条件会加速缺陷的产生。下面是可靠性的Arrhenius方程，用于计算给定观测到故障时间的热加速度因子:

方程1:

在这个方程中，A_T是温度变化引起的加速度因子E_aa为活化能(eV)， k为玻尔兹曼常数(8.62 × 10⁵电动汽车/ K), T₁绝对测试温度(K)和T是多少₂为绝对系统温度(K)。该方程可帮助质量和可靠性工程团队根据老化电压、老化温度和老化时间，为特定硅制造技术、产品设计和婴儿死亡率(IM)目标计算和建模特定的老化条件。老化电压通常比应用使用电压高30%左右，老化温度通常在95°C至105°C之间。这些值导致烧制时间(BIT)可能是几秒到几分钟，根据模具大小，可能是几个小时。

烧制通常是测试流程中的第一个测试步骤，在将探测和锯晶圆模具组装成封装后。虽然封装部件的老化在很大一部分客户设备中很受欢迎，但在未来，晶圆级的老化可能对移动和手持终端应用的产品体积的一部分变得重要。

老化概念的好处同样适用于几乎所有数字、模拟和射频(RF) ic的制造技术。一些集成设备制造商(idm)要求为具有数字逻辑、模拟和射频端应用的ic提供老化测试服务，这些应用针对汽车、工业和商业用途。除了组合逻辑产品的逻辑测试方法外，存储器产品的老化测试方法侧重于数据的保留。IC设计人员架构测试内容(模式)以确保最大的切换覆盖范围。边界扫描、基于结构的功能测试(SBFT)和内置自检(BIST)测试模式需要有限的产品测试人员资源(信号和时钟)。然而，由于电压要求较高，各设备电压轨的供电和供电路径至关重要。

值得注意的是，一些成熟的工艺技术，其婴儿死亡率和故障特征已被充分理解或已通过工艺优化去除，可能受益于样品老化监测和完全消除生产测试工艺流程中的老化。采用不同工艺技术和逻辑类型的多个模具封装需要复杂的老化测试流程，以确保满足质量目标。

图3:老化测量:V_最小值退化。

老化应力的影响用V来衡量_最小值同一器件的晶圆排序和最终测试之间的退化如图3所示。

老化试验设备

老化测试设备有几个关键的功能块，这些功能块对于为被测设备(dut)分配有效的老化环境至关重要。由于传统测试内容相对于最终测试有限，测试设备的设计迎合了大规模并行设备测试平台。一个典型的测试平台有一到六个区域。每个区域提供12到18个插槽，每个插槽能够同时烧录8到数百个单位。虽然本文讨论的平台包括自动化DUT和老化板(BIB)处理，但有些老化平台没有自动化这些功能。在这种情况下，dut和bib的加载和卸载都是手动进行的。区域、带区域的插槽和插槽本身的并行性和异步处理取决于终端应用(内存或逻辑、包约束、热约束等)以及供应商针对定制应用市场的设备定义。

图4:包老化测试平台功能块。

软件子系统:老化测试平台由系统控制器控制，其中软件控制平台的各个子块。测试控制器运行专用的测试操作系统(TOS)软件，通过测试程序或测试配方控制系统的所有功能，使dut在压力条件下进行老化测试。处理程序配方可以命令将JEDEC托盘中的dut加载(或卸载)到bib中，然后将bib加载(或卸载)到区域内的指定插槽中。测试程序包含软件命令，指示电气硬件按指定顺序打开(或关闭)设备电源轨道，以将老化电压应用于dut，将dut加热到老化温度或执行测试模式，测试部件并产生热量以达到所需的老化温度。

电气子系统输入到电气子系统的交流电源由一个大容量电源进行调节，该电源为老化平台内的所有组件提供交流或直流电源。每个产品都有很大范围的稳态和瞬态功率要求。产品的功率范围从10瓦到100瓦不等。在执行的测试模式中，DUT时钟和数据(信号)需求根据最终产品应用而变化。直流电源输送到每个区域和区域内的每个插槽驱动隔离电压调节器，每个DUT输出过滤直流轨道最多2到3个轨道。稳压器输出可编程，电压范围为0V和8V之间的DUT电源和高达24V的加热器电源。典型的DUT电压信号波动为1.2V, 1.5V, 2.5, 3.3V或5.0V。设备功率和老化的测量精度可能不像最终测试那样具有挑战性。然而，它们仍然是<±20 mV，分辨率<±2 mV。设备时钟要求< 200mhz。 A tester clock must have low total jitter, typically <100 pS, to be able to effectively drive the phase locked loops (PLLs) on-board the device. Clock distribution to all DUTs is important to the BI application.

图5:高级电气子系统框图。

传统处理器具有符合IEEE 1149.1联合测试行动组(JTAG)的测试访问端口(TAP)，用于发送和接收边界扫描和BIST内容以及少量静态控制数字引脚。TAP是一个相对简单的五针串行接口，具有有限状态机，为所有设备提供了数十年的卓越设计(DFX)需求。传统的宽I/O内存BI需要一个内存控制器，测试模式依赖于I/O引脚的数量。在这种情况下，每个DUT的I/O引脚数量可能高达128到150引脚。BI的典型信号接口被限制在200 Mbps以下。在过去的十年中，一直存在着利用大规模并行BI拓扑的成本效益并将最终测试内容重新定位到老化测试步骤的压力。但是，必须考虑测试内容和测试设备的复杂性和成本之间的权衡。

热子系统:严密的等温设备环境是至关重要的，以确保设备经受适当和一致的老化幅度。集成电路在通电时会发热。当时钟被应用时，它们会产生额外的热量，设备逻辑和模拟/RF块的各个部分被执行。根据封装的尺寸和设计，热质量可能足以让被测设备达到老化温度，而在其他较小的封装中，可能需要额外的BIB或插座加热器功率来达到所需的老化温度。老化设备通过提供具有足够分辨率和精度的设备电压轨来实现严密的等温环境。老化设备的设计使腔室的区域和独立DUT热阵列和加热器能够有效和快速地响应操作和包装变化的动态变化。老化测试步骤特有的另一个重要方面是，该测试步骤必须处理来自所有流程流的产品。在加速测试条件下，“高泄漏”、短路或热失控部件是典型的异常值。较高的配电部件可能需要电压导轨折叠，以确保它们不会热失控。“这种老化设备旨在通过捕捉所有可能导致灾难性事件的情况来确保工厂的安全运行。”

图6:高层热子系统框图。

机械及物料处理:老化测试平台的关键机械尺寸必须符合工厂的设施限制，这一点很重要。平台的占地面积必须有效地利用工厂的地面空间，以实现最大的吞吐量。该设施的动力和工艺冷冻水(PCW)入口和出口可以适应当地工厂的要求。定期维护部件和工作温度范围内的热流体可以很容易地获得和具有成本效益。材料处理，在某些情况下，是完全自动化的，处理产品分配在托盘。

图7:高级机械和物料处理子系统框图。

托盘中的dut被安装到老化板上的插座中进行生产测试，然后返回到定义的硬件箱堆栈中，交给工厂操作员。

工具:老化平台是为产品定制的(工具)，具有定制的老化插座和热阵列，与产品的包装尺寸相匹配。这意味着，虽然老化平台的其余部分是设备不可知的，但bib不是。每个BIB插槽的设备数量弥补了管理的复杂性。必须仔细选择插座类型，插座引脚类型和每个插座的引脚数量，以确保满足成本目标。BIB印刷电路板(PCB)的类型选择通常是FR4变体，这在成本和性能方面总是可以接受的。时钟、信号、电源和地面传输路径经过精心设计，以确保满足性能指标。

图8:带插座、PCB、框架和信号、电源和接地连接器的老化板。来源:KES Systems。

专业的老化测试设备供应商包括但不限于Advantest, MCC, UniFusion等。这些供应商都有定制的平台，以满足热、动力、老化驱动器、产品和BIB(包装尺寸和类型)材料处理和并行性的范围。

总结

在生产测试流程中，老化是公认的重要测试步骤。作为这一过程的一部分，先进的自动化工厂系统持续监控质量和可靠性指标。与最好的老化测试设备供应商合作，其设备不仅满足测试属性，而且具有最大的吞吐量，为测试客户提供一流的老化测试服务，具有最大的性能封装和经济的价格点。