海思消费类芯片可靠性测试技术总体规范V2.0

可靠性测试技术总体V2.0拟制：审核：批准：日期：2020-06-22历史版本记录版本时间起草/修改人内容描述审核人批准人V1.02019-10-30首次发布V2.02020-06-22新增封装可靠性测试总体流程图，以及测试前后的要求，并将《可靠性测试总体执行（工业级）》.xlsx作为本规范的附件适用范围:本规范规定了芯片可靠性测试的总体规范要求，包括可靠性、封装可靠性。适用于量产芯片验证测试阶段的通用测试需求，能够覆盖芯片绝大多数的可靠性验证需求。具体的执行标准可能不是本规范文档，但来源于该规范。本规范描述的测试组合可能不涵盖特定芯片的所有使用环境，但可以满足绝大多数芯片的通用验证需求。简介：本标准规定芯片研发或新工艺升级时，芯片规模量产前对可靠性相关测试需求的通用验收基准。这些测试或测试组合能够激发半导体器件电路、封装相关的薄弱环节或问题，通过失效率判断是否满足量产出口标准。相比正常使用场景，该系列测试或测试组合通常以特定的温度、湿度、电压加速的方式来激发问题。引用文件：下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据本规范达成的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。序号参考标准说明1JESD47I可靠性测试总体标准231.可靠性概念范畴“可靠性”是一个含义广泛的概念，以塑封芯片为例，狭义的“可靠性”一般芯片级可靠性，包括电路相关的可靠性（ESD、Latch-up、HTOL闲封装相关的可靠性（PC、TCT、HTSL、HAST等）。但是芯片在应用场景中往往不是“独立作战"，而是以产品PCB板上的一个元器件）作为最终应用。因此广义的“可靠性”还包括产品级的可靠性，例如上电温循试验就是用来评估芯片各内部模块及其软件在极端温度条件下运行的稳定性，产品级的可靠性根据特定产品的应用场景来确定测试项和测试组合，并没有一个通用的规范。本规范重点讲述芯片级可靠性要求。-呦可牡封装可搁主ESDILalch-UpoT-i-fTC_:■-1-PC出□、岂_：L^i-：7T-一|LE.：、&m•屁舌苦.用工、豆I-Hitt,』盐事I*””2.通用芯片级可靠性测试要求2.1电路可靠性测试StressRef.Abbv.ConditionsRequirements3Required(R)/Considered(C)#Lots/SSperLotDuration/AcceptHighTemperatureOperatingLifeJESD22-A108,JESD85HTOLT>125°CjVcc>Vccmax3Lots/77units1000hrs/0FailREarlyLifeFailureRateJESD22-A108,JESD74ELFRT>125CjVcc>VccmaxSeeELFRTable48Vccmax1Lot/32units1000hrs/0FailCHighTemperatureStorageT.ifeJESD22-A103HTSLT>150°CA3Lots/45units1000hrs/0FailRElectricalParameteAssessment「JESD86EDDatasheet3Lots/10unitsTaperdatasheetR2Latch-UpJESD78LUClassIorClassII1Lot/3units0FailRHumanBodyModeESDlJS-001ESD-HBMT=25°CA3unitsClassificationRChargedDeviceModelESDJS-002ESD-CDMT=25°CA3unitsClassificationRAcceleratedSoftJESD89-2,TFSD893ASERT=25°CA3unitsClassificationC“OR”SystemSoftErrorTesting—JESD89-1SSERT=25°CA1Minimumof1E+06DeviceHrsor10failsClassificationC注1：ELFR可包含在HTOL测试中，HTOL测试会在168h回测，作为评估早期失效率的重要判据。注2：ED一般在首样回片测试阶段完成，包含在电气性能测试中，可靠性测试过程不用关注。注3样本量SS(SampleSize)及可接受失效量Accept的取值由附录1给出，下文同。2.2封装可靠性测试（非密封封装-塑封）StressRef.Abbv.ConditionsRequired(R)/MSLPreconditioningMustbeperformedpriortonruDttacmnrcacitttacnJESD22-A113PCPerappropriateMSLlevelpe:J-STD-U2U丿#Lots/ssperlolDuration/』AcceptElectricalTest(optional)considered(C)RT^1B,^1^AsT,TC,^AC,U^1^As」HighTemperatureStorageJESD22-A103dA11々HTSL15U°C+Preconditioningif3Lots/45units1UUUhrs/UFailRTemperatureHumidityBia&A113sTPSD22-A101THB85°C85%RHVccmax3Lots/45units1UUUhrs/UFailD1TemperatureHumidityBiaJESD22-A110HAST13U°C/11U°C,85%RH,Vccmax3Lots/45units96/264hoursorequivalentperpackageR1TemperatureCyclingJESD22-A104TCTR455°cto1125°C3Lots/45unitsconstruction/uFail7UUcycles/UFailR2JJJJLU1丄厶J厂'4/inoc」110coc85Ucycles/UFailC厂mreoc—.1ucoc5UUcycles/UFailCC4-65°Cto+15U°CK4U°C+125°C15UUcycles/UFailC丄亠UCLo1丄厶5CT4noc—.1nnoc23UUcycles/UFailCUnbiasedJESD22-A118UHASTJ-UCto+1UUC13U°C/85%RH11noc/QUfTLOTT3Lots/45units96hrs/UFaild1—/n6：iC3Temperaiure/HumidiLyUnbiasedJESD22-A102AC11UC/85%丄殳丄丄121°C/1UU%RH3Lots/45units264his/UFail96hrs/UFailNotRecommendecJESD22B117SBSBondPullStrengthJ丿—丄丄/M2011BPSCharacterization,PreUuLJLJLl?ixjLlllJLLl?3Ubonds/5unitsPpk>1.66C4C5BondShearJESD22-B116BSEncapsulationCharacterization,Pre3Ubonds/5unitsorcpk>1.33(note6)Ppk>1.66C6SolderabilityM2003SDEncapsulationCharacterization3lots/22leadsorcpk>1.33(note6)UFailC7TinWhiskerAcceptanceJLsD22BIU2JESD22-A121throughrqmtso—JESD2U1—fWSRCharacterizationperJESD2USeeJESD2U1SeeJESD2U1,BasedonAppropriateClassificationC8注1：THB和HAST测试根据实际需求二选一，HAST测试时间更短，海思一般选做HAST；注2：5种测试条件根据实际应用条件选做一种；注3：JEDEC建议如果已做HAST测试，UHAST测试可以不做，但海思uHAST和bHAST为必做项；注4：锡球剪切测试，一般在PC、HAST、TCT、HTSL等封装可靠性做完后进行，作为DPA测试项之一集中测试；注5：芯片内部引线键合测试，一般在PC、HAST、TCT、HTSL等封装可靠性做完后进行，作为DPA测试项之一集中测试；注6：芯片或封装键合强度的测试，一般在PC、HAST、TCT、HTSL等封装可靠性做完后进行，作为DPA测试项之一集中测试；注7：可焊接性测试，一般在PC、HAST、TCT、HTSL等封装可靠性做完后进行，作为DPA测试项之一集中测试；注8锡晶须测试，一般在PC、HAST、TCT、HTSL等封装可靠性做完后进行，作为DPA测试项之一集中测试；2.3封装可靠性测试（密封封装-陶封）StressRef.Abbv.ConditionsRequired(R)/TemperatureCycling田SD22-A104TC-55°Cto+125°Coralternatives3Lots/45unitsUfUUUU/LIt700cycles/0FailBondPullStrength3M2011BPSCharacterization1lot/30bonds/5unitsPpk>1.66BondShear3田SD22-B116BSCharacterization1lot/30bonds/5unitsOrCpk>1.33Ppk>1.66SolderabilityM2003TESD22B102SDCharacterization3lots/22leadsUJLLyT*.丄0!>丄UiTESD22B117cocMechanicalShockj匸idlj厶厶iy丄丄/田SD22-B104M2002kJMSk^lltlltlULCIlZtlllUllY1planeonly,5pulses,0.5msduration1500gpeakacceleration5units3lots/39unitsTESTafterCAVibrationVariableFrequency田SD22-B103M2007VVFUJLuXIJLUJLJL,丄卜JJ*uXJfJ*丄uXLJLUJLJL20Hzto2kHz(logvariation)in>minutes,4Xineachorientation,50gpeakaccelerationSequencefromMSTESTafterCAConstantAcceleration1M2001CAY1planeonly,30kgforce<40pinSequenceTestatroomtemp.Gross/FineLeak田SD22-A109M1014GFLvAJu,丄UJLk1^JJLJLJLu.AnyfinetestfollowedbygrosstestMayalsobeperformedatthebeginningofthemechanicalsequenceEVPDTI丄JLUl/JUUlllLTInternalWaterVaporMIL-STD883M1018IWVCResidualGasAnalysisofPackage丄JLUIiJUXXX3lots/1unitea.CharacterizationTinWhiskerAcceptance田SD22-A121WSRCharacterizationperJESD201SeeJESD201SeeJESD201,BasedonAppropriateClassification1.4非易失性存储器件附加测试StressRef.Abbv.ConditionsRequired(R)/NonvolatileMemoryUncycledHighTemperatuiDataRetentionJESD22-A117UCHTDRFG-CTT>125°C3Lots/77units1000hrs/0Failv^UllulLiCJLCLiJCPCMAT>90°CCNonvnlatileMemoryJESD22-A117NVCEA25°CandOUocS3Lots/77unitsUptoSpec.MaxCNonvolatileMemoryPostCyclingHighTemperaturDataRetentionJESD22-A117PCHTDRFG-CTOption1：T一100°C3Lots/39unitsCyclespe!/UFailsCyclesperNVCE(>55°C)/96and1000CPCM1JOption1：T一90°CCFG-CT1■J—、Option2：T>125°Chrs/0FailCyclesperNVCE(>55°C)/10and100CPCM1J-Ontion2：T>100°CCNonvolatileMemoryLow_x0002_TemperatureRetentionandJESD22-A117LTDR丄jT=25°CA3Lots/38unitshrs/0FailCyclesperNVCE(25°C)/500hrs/0FailC3.DSP芯片可靠性测试执行标准DSP数字信号处理芯片，以塑封产品为主，主要使用场景为工控类应用，可靠性测试执行的标准总体符合第1章的通用要求，并针对产品特殊性增加一些特定的产品级可靠性测试项，本章将其归纳在附件#表格#中，实际测试严格执行以下标准，该标准不定期刷新：DSP数字信号处理器可靠性测试执行标准4.可靠性测试流程与时间基线3.1总体流程首样回片，到可靠性测试完成，大概6个月时间，TR5完成后进入小批量生产阶段。注：1、T10、A10、B10分别为ATE向量的几个阶段。2、CHAR(Characterization)测试针对ATE测试向量做Voltage、Process、Temperature、Frequency四个维度的拉偏测试，一般在高集成度的SOC芯片上有测试要求。3.2封装可靠性测试流程封装可靠性测试流程总体如下：OS,EVI■»-HTSL150,500hrs，EVI，OSF1000hrsOS,EVI,SAT*PreconditionLevel3@260*MSL3flow：1、125烘烤24hour2、Soak30/60%RH192hour3、Reflow@2603X加急状态下可按MSL3A处理uHAST130、85%RH、230KPa@96hrsEVI,OSOS：open-short测试，通常直接用FT测试EVI：ExternalVisualInspection外观检查，目检SAT:SeanningAcousticTomography,超音波显微镜，用来检测芯片组件内部脱层(Delaminaiton)、裂缝(Crack)、气洞及粘着状况3.3可靠性测试时间基线■时间1月2月33月4月5月36月3ATETi0rlsAl(rlsBi(rlsESDHTOLlotilot2ToT3CHARPClotilot2TCTlot3lotilot2HTSLToT3lotilot2HASTlot3lotitoT2红旗1解释：SampleBack时间点红旗2解释：HTOL168完成时间点(早期失效风险澄清时间点)5.试验频度未达到量产要求的芯片，所有必做的可靠性测试项，均需要按测试规范在芯片规模量产前完成测试，低风险项目可以按1个Lot快速验证，高风险项目要求3个Lot。完成上述可靠性认证测试后，经评审达进入量产阶段。量产阶段需定期做“快速可靠性测试”。一般由封测厂完成，需定期收集结果，快速可靠性试验项见第3章附件表格。6.电路、封装、工艺等变更后的可靠性测试要求T/bl足4—Guiitklliit出iFormwjofpfor前房C!hJiig£oft虧:估PnK-BSSMtrttMlteH5¥；buBSSMVcGLLHN5ActiveCircuilElementCcRRMajorCiroiilChangeRccccc5%tc20%.DieShrinkRRccRR[RRRRccRRLiltographyCcRCCDopingCCCRRPoly&liconcRRRRcMe怕llizattonccRCrRcROateOxideRc0R0RRRInteriayerDiel-ectricNonItiw-kGcC0RCLow-KDieleclricRcRR.RRCPassivalioncc0ccRConlactccRcRViaccRRWafterdiameterRcCRcCcRCRRRRFabsiteRRcRcNewPackagetoQualifiedPraductCCccRRRRRRRRRRRcLeadtfram^pasting1R0LaadframeMatenaJcR00RPackageDimensions,Indudm口tracepitch0cGccGCWineBondingRRcRR.ccMulti-ChipIModuteDeSeparationRcDieAttachRccccMoldingCompoundCRRRPack^i^eSub駙抽MalerialcRRcccPackageSub&trat^PlatingcRRMoldingProcesscRcAssembly自沦RRRRRR0ccCCcBurn-inEliminalion尺Bum-lnR^ucliorrHcFlipChipAttachMethodcRRWaltfBumpMal^rlal^orPffleassc■R賦WaferBumpUnder-M^talR*cRBumpSiteRRFipChipUncterrill*RRDietHcknessCcRRR一RoO'Ornmcndcd*-Measurem.atonalalpha口missivityC—-Cun^der**-MaybebiLx:dupondefecLdensityre'iJucLi.onwiLh附录1.LTPD抽样检验抽样测试样本量及失效样本量的LTPD抽样计算公式由下式给出（参考JESD47I）：N>0.5xz2（2。*2小）x[1/LTPD-0.5]+C（1）其中：C为可接受的检验失效样本数量；X2（2C+2,0-1）为卡方分布，自由度2C+2,置信度90%；LTPD（LotTolerancePercentDefective为批容许不良率；N为样本量；基于（1）式计算得到的LTPD抽样检验表如下:TubleA—SampleSizefura%Defectiveala90%CutifideneeLe\eJAcceptanceNumberLTPDLTPDLTPDLTPDLTPDLTPD1075321.52232457611415S385&77129194259537&106177266355679&134223334446LTPD111231-792476054101113141516918115335270880523111112224025827271136812222333535955659665717730O8338931110118923038953266860092S1054117913011423154316631782例如，如果按LTPD=1（失效率1%）、C=0（抽样检验结果无失效）进行试验，所需的最少样本量查表为230；同理，按LTPD=5（失效率5%）、C=0（抽样检验结果无失效）进行试验，所需的最少样本量查表为45。