耿寧寧　潘英飛

摘 要 半導體分立器件壽命試驗是檢測產(chǎn)品質量的重要方法，要嚴格按照相關要求，正確操作試驗設備，試驗程序，嚴格執(zhí)行試驗過程的中間測試和終點測試，試驗后及時分析試驗結果，從而保證生產(chǎn)出高質量的產(chǎn)品。

關鍵詞 壽命試驗；試驗程序；試驗條件

中圖分類號：TN303 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）16-0076-01

隨著科學技術的發(fā)展，尤其是電子技術的更新?lián)Q代，對電子設備所用的元器件的質量要求越來越高，本試驗的目的是確定：壽命分析、壽命加速特性和失效率水平。確定失效率通常是為了對器件或制造這些器件的生產(chǎn)線進行常規(guī)的鑒定或是為了預測使用這些器件的設備的故障率。

1 設備

應提供適當?shù)牟遄推渌惭b手段，使得在規(guī)定電路結構中被試器件引出端有可靠的電連接。安裝的方式通常應設計成器件內(nèi)部的耗熱不會通過其他傳導方式消散，只能在規(guī)定的環(huán)境溫度或在該溫度之上通過器件引出端和必要的電連接散熱。設備應能在被試器件引出端上提供規(guī)定的偏置，并且若有規(guī)定時，還應檢測輸入激勵。只要其電源電壓、環(huán)境溫度等條件的變化在常規(guī)范圍內(nèi)，電源電壓和電流的調節(jié)電阻器應至少能在整個試驗過程中，均能保持規(guī)定的工作條件。試驗設備應安排成使器件只出現(xiàn)自然對流冷卻。試驗條件導致明顯的功率耗散時，試驗設備應設置成使每個器件產(chǎn)生近似平均的功率耗散，而不管是單獨試驗還是成組試驗。試驗電路不必補償單個器件特性的正常變化，但是應設置的使一組中的某個器件失效和出現(xiàn)異常時（即開路、短路等）不致對該組中其他器件的試驗效果產(chǎn)生不良影響。

2 程序

微電子器件應在規(guī)定時間內(nèi)和試驗溫度下按規(guī)定的試驗條件并應在規(guī)定的中間和終點進行必要的測量。帶有外引線、螺母或外殼的器件應按它們的正常安裝方式采用外引線、螺母和外殼安裝，并且保持連接點的溫度不低于規(guī)定溫度。試驗前選擇的試驗條件、時間、樣本大小和溫度應記錄下來，并在整個試驗中都應遵照執(zhí)行。

1）試驗時間。壽命試驗時間如下。

初始鑒定：4000小時失效時或出現(xiàn)75%失效時，取第一個出現(xiàn)的值，所有其他試驗：1000小時或出現(xiàn)50%失效，取第一個出現(xiàn)的值。

在規(guī)定的試驗時間結束前24小時到試驗結束后72小時的時間間隔內(nèi)，器件應去掉規(guī)定的試驗條件并允許在去掉偏置前達到標準試驗條件。

2）測量。測量應分為以下幾類。

A類—初始和最終測量；

B類—中間測量。

除另有規(guī)定，全部測量應在器件移出規(guī)定試驗條件后的8小時內(nèi)完成，測量內(nèi)容包括：

A類—全部規(guī)定的終點；

B類—選擇的臨界參數(shù)。

A類在試驗開始時和最終測量時進行。B類中間測量對1000小時試驗應在第4小時、8小時、16小時、32小時、64小時、128小時、256小時、512小時進行，對4000小時試驗時還應在第1000小時和第2000小時進行。

3）壽命試驗后的測量。在進行了壽命試驗后，測量器件時，器件應在去掉偏置前冷卻到室溫。重新加熱器件之前應完成全部規(guī)定的25℃電測試。

4）試驗抽樣。試驗抽樣應按規(guī)定，在給定的試驗溫度內(nèi)所用器件應不得少于40個。

5）試驗條件。微電路在超過最高額定工作溫度（200℃～300℃）下加以偏置的試驗條件下，一般不能按適用的訂購文件中的規(guī)定正常工作，因此必須特別注意選擇偏置電路和條件，從而保證電路重要部分加上足夠的偏置，而對電路其他部位不產(chǎn)生過應力損壞。

6）試驗溫度。除另有規(guī)定外，應在200℃～300℃的范圍內(nèi)選擇試驗溫度。規(guī)定的溫度是指所有器件在試驗箱中工作區(qū)內(nèi)所經(jīng)受的最低實際環(huán)境溫度。必須通過對一些因素的調節(jié)來保證，如試驗箱內(nèi)結構、負荷、控制或監(jiān)視儀器的位置和空氣或其他氣體在試驗箱內(nèi)的流動。因此對試驗箱的校準應在滿負荷、不加電源狀態(tài)下進行，而且指示傳感器應位于工作區(qū)域的最冷點或調正到能指示最冷點溫度。初始失效率測定試驗應選擇三個溫度。且兩個鄰近的試驗溫度之間保持至少25℃的溫度間隔。所有其他周期壽命試驗應在間隔至少50℃的兩個溫度下進行。

7）偏置電路的選擇。為了適當選擇加速試驗條件，建議在器件各引出端測量電壓和電流時，應使適量的器件樣品暴露在預訂的高溫下，從而保證施加的電應力不致引起器件的損壞。所以在進行微電路的壽命試驗前，試驗電路、熱阻和步進應力等的測定應在通常為200℃～300℃的試驗溫度范圍內(nèi)進行。在步進應力試驗時選步長為25℃至少維持24小時，每次步進后都要進行適當?shù)碾姕y試。最佳試驗條件是在高溫應力下對最易失效的器件結或部位施加最大電壓，但把器件電流控制在較低值上。器件中過量電流可以導致過熱并且可能使器件損壞，應采用限流電阻器。在任一端或全部端上施加的電壓應等于125℃下的最大額定電壓。如有必要，只有得到鑒定機構的特殊批準，并且能證明過量電流或功率耗散是由規(guī)定電壓下的工作引起的，才可以把任一端或全部的端上的外加電壓下降到不低于規(guī)定值的50%。

3 壽命試驗基本準則

下述的規(guī)則有助于為有效的微電路加速壽命或篩選試驗選擇適當?shù)脑囼灄l件。

1）對在步進應力試驗期間發(fā)現(xiàn)的微電路中最易失效的部位或結上施加最大額定電壓。

2）對盡量多的結上施加電偏置。

3）在每個MOS或CMOS器件中，對不同的棚氧化物施加偏壓，以至同時需要施加正、負電壓。

4）應控制器件電流以避免過熱和過量電遷移引起的失效。

5）采用與各器件串聯(lián)的限流電阻器以保證在試驗時對全部非失效器件施加電應力。

6）應適當選擇各個限流電阻器的阻值，該阻值應足夠大，以防止萬一失效時大量器件被損壞；而該阻值又應足夠小，可以把電流波動引起的施加的電壓變化減到最小。

7）避免超過設計或材料限制的條件出現(xiàn)。

8）避免不適當?shù)募铀?，出現(xiàn)非典型現(xiàn)場情況下失效機理的條件。

9）采用過電壓保護電路。

確定試驗條件是否符合上述基本規(guī)則應包括三個基本

步驟：

步驟一：在加速試驗溫度下比較、評價供選用的偏置電路；

步驟二：確定器件熱特性；

步驟三：步進應力試驗。

4 試驗結果分析

為了把失效分為與溫度有關和與溫度無關的兩類，就必須對加速試驗結果進行失效分析。與溫度無關的失效應在壽命分布分析前將其從試驗數(shù)據(jù)中剔除，應報告全部的失效分析的結果，并闡明被剔除的與溫度無關的失效的合理性。

5 結束語

本文介紹了半導體分立器件壽命試驗方法的步驟、設備要求、試驗中的測量和結果分析，希望能對生產(chǎn)廠家提供有效的幫助，更好的控制產(chǎn)品質量。

參考文獻

[1]GJB 548B-2005微電子器件試驗方法和程序.

作者簡介

耿寧寧，工程師，從事半導體分立器件例行試驗15年。

潘英飛，工程師，從事半導體分立器件制造10年。endprint