可靠性与资质认证

从产品开发到产品交付,实现最高水准的产品质量和可靠性是我们的工作重心。

成员资格和认证

Cirrus Logic 是行业标准和质量专家组织的成员。作为 AECJEDEC 的成员,我们积极参与行业标准的开发。

可靠性和质量认证测试描述

1. 什么是可靠性?


可靠性是在指定的时间范围,规定的条件下执行所要求的功能的可能性。半导体器件的可靠性用三个字来说就是“成活率”。它是从零时间开始到给定的时间‘t’使用器件没有发生故障的比例。

2. Cirrus Logic 质量和可靠性


Cirrus Logic 力求通过系统化方法使我们的所有产品都达到最高的质量和可靠性性能。我们在产品的每一个阶段都会强调质量和可靠性:从产品设计/开发、制造、装配、测试和出厂质量控制。我们采用质量认证/可靠性测试,确保所有产品都在 PPM 中设置的早期故障率和 FIT 磨损故障水平之下。

3. 可靠性故障


浴盆曲线是描绘设备使用寿命内发生的故障类型的标准方法。故障有两个基本类型,即早期故障和磨损故障。在器件运行的正常操作过程中,也就是早期故障和磨损故障之间的时间内,故障率通常是不变的并且是极低的比率。

图:产品使用寿命内的浴盆曲线、故障率。

4. Cirrus Logic 可靠性类别

Cirrus Logic 可靠性测试可分为两个类别:质量认证和监控。

    a. 质量认证:

       1. 目的:测试新产品是否可投入制造。
       2. 为了制造、技术、封装和装配。

    b. 监控:

       1. 目的:对现有器件进行定期测试以确保可制造性保持高标准的可靠性和质量。
       2. 为了制造、技术、封装和装配。

5. 什么是故障率?


故障率是衡量可靠性的典型方法。表示每个器件在给定时间之前都是“好的”,而在下一刻就会出现故障的可能性。Cirrus Logic 用来描述器件可靠性的衡量方法;

  • 百分比:器件的故障次数除以考虑的样本总数的百分比。

  • FIT(每 10 亿小时器件出现故障的次数):每 109 个样本中存在缺陷的数量。

  • DPM(每百万的缺陷数 (DPPM)):每百万个器件中有缺陷(有缺陷的部件)器件数。

  • 置信区间:χ 2(选择的置信水平(通常为 60%))用作计算故障率的权重。当在有限的样本数量内观察到零个故障时尤其有用。

可靠性应力测试描述


下面是由 Cirrus Logic 执行的典型应力测试清单。


测试条件依照 Cirrus Logic 集成电路质量认证规范、适用的 JEDEC 标准或 AEC Q100。如有冲突,商业产品依照 JEDEC标准,汽车产品依照 AEC标准。衡量板级可靠性时,IPC-9701 可用作参考标准。


进行下列应力测试的器件要求通过相同的电子和功能测试。需要进行故障分析并且识别根本原因,并根据需要进行更正。

1. 使用寿命 (JEDEC JESD22-A108)


使用寿命是一项强应力测试,执行这项测试以通过极端温度和动态电压偏置条件下的应用,加速热活化故障机制。通常其执行温度为 125°C,偏置水平为最高数据表指标。

a. 早期寿命


由于随机缺陷、生产流程波动等因素,使用初期的故障率较高。执行早期寿命测试可以估算故障率,通常通过某段时期(三至六个月)的 DPM 来衡量。早期寿命测试通常是对器件的制造过程的可靠性测量。早期故障率 (EFR) 通过生产老化或升高电压应力来控制,直到设计和/或制造过程比较稳健。


目的:对125°C 的器件应用持续的电压(器件特定的),时长不等。从测试结果计算早期故障率,确定生产老化(production burn-in)的长度。


描述:对设备应用最大 VSS、I/O 载入、时钟速率矢量以实现最大量的数字电路,并应用适当的刺激以实现全部模拟范围,温度为 125°C,时间长度不等。


升高电压测试是通过在短时间内提供高于正常电源电压的电压,筛选出有缺陷部件的一种方法。

b. 高温使用寿命 (HTOL)


使用寿命故障率时间通常持续相当长的时间。HTOL 用于确定器件对延长的运行压力的抵抗能力,包括电机制和热机制。HTOL 通常是用于给定制造流程中器件的设计/布局的可靠性测量方法。


目的:模拟一组指定条件下的使用寿命。


描述:与早期寿命相同。

2. 预处理 (Precon) (JESD22-A113 / IPC/JEDEC J-STD-020)


目的:可模拟“真实的”PC 板装配过程


描述:在进行可靠性测试前,将使用自动测试设备 (ATE) 对封装部件进行干烘、水浸、焊料回流模拟和电力测试。此应力测试于封装可靠性质量认证测试(HAST/THB、TC、UHAST)之前进行。


变量:烘烤 = 125°C/浸水 = 30°C/60%RH/回流温度 = 260°C。可能采用其他条件。

3. 偏置的高度加速应力测试 (HAST) (JESD22-A110)


目的:可模拟极端操作条件(与 THB 非常相似)。
描述:在极端温度和湿度的环境下烘焙器件,时长不等。当器件在该环境中时,受偏压影响。然后使用适用于电气故障的自动测试设备 (ATE) 对这些器件进行电力测试。变量:温度 = 130°C 或 110°C/湿度 = 85% RH/时间 = 96 或 264 小时,电压偏置水平。

4. 温度湿度偏压 (THB) (JESD22-A101)


目的:确定器件/包装对长期温度、湿度和电应力的抵抗力。


描述:在极端温度和湿度条件的烤箱中烘烤器件,时长不等。器件在烤箱中时,受交变插脚上的最大差分偏压影响。然后对器件进行 ATE 电子故障测试。


变量:温度 = 85°C/湿度 = 85% RH/时间 = 1000 小时(中间读取点为 100 和 500 小时),电压偏置水平。

5. 温度循环 (TC) (JESD22-A104)


目的:显著加剧封装和电路的不同材料之间热膨胀不匹配的效果。用于确定包装在运输和使用过程中对高温和低温以及温度变化的抵抗力。


描述:将器件置于热处理室中。温度循环根据温度极值、极值下的停留/浸泡时间和温度变化率定义。然后对器件进行电力测试。检查故障器件在注射成型上有无应力裂纹或有无用于芯片安装的环氧树脂、脱胶等。


变量:温度 = 150°C(最高值)和 -65°C(最低值)/时间 = 每个小室 10 分钟,周期数 = 500。可能采用其他等效条件。

6. 非偏置的高度加速应力测试 (UHAST) (JESD22-A118)


目的:模拟极端运行条件。(与高压测试类似)。


描述:在极端温度和湿度的环境下烘焙器件,时长不等。然后对器件进行 ATE 电子故障测试。


变量:温度 = 130°C 或 110°C/湿度 = 85% RH/时间 = 96 或 264 小时

7. HTSL (JESD22-A103)


目的:用于确定存储条件下时间和温度的影响,以用于固态电子器件的热活化故障机制。


描述:在极端温度和湿度的环境下烘焙器件,时长不等。然后对器件进行 ATE 电子故障测试。


变量:温度 = 150°C/时间 = 1000 小时。可能采用其他等效条件。

8. ESD


此应力测试用于确定半导体器件的电子静电 (ESD) 敏感度。以下是三个最常用的测试模型。ESD 测试类型:

a. 人体模型 (HBM) (JS-001)


通过与已充静电的人体接触,模拟放电到器件插脚上的电流。放电电路的等效电容 C=100pF,电阻 R=1.5 km。

b. 充电器件模型 (CDM) (JESD22-C101)


模拟器件包装或铅框架等部位由于操作,然后器件上的插脚接触金属器械或工作夹具而充电后,产生的放电电流。已经发现此模型与汽车装配线上发生的故障模式有很大相关性。

9. 闩锁效应 (JEDEC 78)


执行闩锁效应测试是为了确定由于直流电注入到输入和 I/O 引脚,器件能否维持 SCR 闩锁效应。Cirrus Logic 测试电流注入和过电压电源。受闩锁效应影响的产品须在完成应力测试后通过自动测试设备 (ATE) 电气测试。

a. 闩锁效应 I/O:


变量:注入电流 +-(0 到 100) mA),温度为 25°C 或数据表中指定的最高温度。

b. 闩锁效应 Vdd


变量:以 1.5*Vddmax,温度 25°C 或数据表中指定的最高温度测试电源。

板级可靠性


针对先进的/新兴封装技术,可实施板级可靠性 (BLR) 测试,利用菊花链测试工具确定焊点互连可靠性。对故障样本实施故障分析,以确定原因。

1. 热循环 (BLR TC) (JESD22-A104 / IPC-9701)


目的:加剧了元件焊点和系统板之间热膨胀不匹配的效果。


描述:菊花链测试器件被焊接到菊花链印刷电路板上。然后这些电路板会被置于热处理室内。热循环根据极端温度条件、极端条件下的停留/浸泡时间和温度缓变率定义。在现场或根据预定义的读取点测量所有菊花链网的电阻,并与初始电阻进行比较。


变量:温度 = 85°C(最高值)和 -40°C(最低值)/时间 ~ 每个循环 60 分钟,循环数 = 1000。可能采用其他等效条件。

2. 机械冲击 (BLR MS) (JESD22-B110 / JESD22-B111)


目的:通过评估安装在系统板上的元件的冲击性能,模拟在产品/系统级测试和处理、运输或现场作业过程中观测到的故障模式。


描述:菊花链测试器件被焊接到菊花链印刷电路板上。然后将这些板置于冲击测试工具上,该工具能够为冲击脉冲提供所需的峰值加速度和脉冲持续时间。根据预定义的读取点测量所有菊花链网的电阻,并与初始电阻进行比较。


变量:加速度脉冲 = 半正弦波形/峰值加速度 = 1500 G 或 2900 G 冲击(印刷电路板 (PCB) 弯曲)/冲击次数 = 30。可能采用其他条件。


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