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解析 2024 芯片行業(yè)冷熱沖擊試驗箱試驗的解決方案

發(fā)布時間: 2024-07-16  點擊次數(shù): 368次

解析 2024 芯片行業(yè)冷熱沖擊試驗箱試驗的解決方案



一、引言


隨著芯片技術的不斷發(fā)展,芯片的性能和可靠性要求日益提高。冷熱沖擊試驗作為一種重要的可靠性測試方法,對于評估芯片在嚴苛溫度變化環(huán)境下的性能和穩(wěn)定性具有關鍵意義。本方案旨在為 2024 年芯片行業(yè)提供一套全面、科學、有效的冷熱沖擊試驗解決方案。

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二、目的


通過冷熱沖擊試驗,檢測芯片在快速溫度變化條件下的性能和可靠性,提前發(fā)現(xiàn)潛在的質量問題,為芯片的設計優(yōu)化、生產(chǎn)工藝改進和質量控制提供依據(jù)。


三、實驗/設備條件


(一)冷熱沖擊試驗箱


  1. 選用高性能的冷熱沖擊試驗箱,具備以下技術參數(shù):

    • 溫度范圍:-70°C 至 +180°C,滿足芯片可能面臨的嚴苛溫度環(huán)境。

    • 溫度轉換速率:≤5 秒,確??焖俚臏囟惹袚Q,以模擬真實的沖擊情況。

    • 溫度均勻度:≤2°C,保證試驗箱內(nèi)不同位置的溫度一致性。

    • 控制系統(tǒng):采用先進的可編程控制器(PLC)或計算機控制系統(tǒng),實現(xiàn)精確的溫度控制和試驗參數(shù)設置。


(二)輔助測試設備


  1. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng):用于實時采集芯片在試驗過程中的電性能參數(shù),如電壓、電流、電阻等。

  2. 功能測試設備:對芯片進行功能測試,以驗證其在冷熱沖擊前后的功能完整性。

  3. 光學顯微鏡:用于觀察芯片表面的物理損傷,如裂紋、分層等。


四、試驗樣品


(一)樣品選擇


選取代表不同工藝節(jié)點、封裝類型和應用領域的芯片作為試驗樣品,包括但不限于:


  1. 先進制程的邏輯芯片(如 7nm、5nm 等)。

  2. 存儲芯片(如 DRAM、NAND Flash 等)。

  3. 射頻芯片。

  4. 汽車電子芯片。


(二)樣品預處理


  1. 在試驗前,對芯片進行初始性能測試,包括電性能測試、功能測試等,并記錄測試結果。

  2. 對芯片進行編號,以便于識別和跟蹤。


五、試驗步驟


(一)安裝與連接


  1. 將芯片樣品安裝在特制的試驗夾具上,確保芯片與夾具之間有良好的熱傳導和電氣連接。

  2. 將試驗夾具放入冷熱沖擊試驗箱內(nèi),并連接好數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和功能測試設備。


(二)試驗參數(shù)設置


  1. 設定低溫溫度為 -60°C,高溫溫度為 +150°C。

  2. 設定溫度停留時間:低溫和高溫各保持 15 分鐘。

  3. 設定溫度轉換時間:≤5 秒。

  4. 設定試驗循環(huán)次數(shù):根據(jù)芯片的應用場景和質量要求,選擇 500 次、1000 次或更多。


(三)試驗啟動


  1. 啟動冷熱沖擊試驗箱,開始試驗。

  2. 在試驗過程中,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時記錄芯片的電性能參數(shù),功能測試設備按照設定的時間間隔對芯片進行功能測試。


(四)試驗中斷與恢復


  1. 若試驗過程中出現(xiàn)設備故障或異常情況,應立即中斷試驗,并記錄中斷時的試驗循環(huán)次數(shù)和芯片狀態(tài)。

  2. 排除故障后,根據(jù)中斷情況評估是否可以恢復試驗。若可以恢復,從中斷時的試驗循環(huán)次數(shù)繼續(xù)進行試驗;若無法恢復,重新進行試驗。


(五)試驗結束


  1. 完成設定的試驗循環(huán)次數(shù)后,停止試驗。

  2. 將芯片從試驗箱中取出,放置在常溫環(huán)境下恢復一段時間(通常為 24 小時)。


六、試驗條件


(一)溫度變化速率


根據(jù)芯片的熱特性和實際應用環(huán)境,選擇合適的溫度變化速率。較快的溫度變化速率可以更有效地檢測出芯片的熱機械應力問題,但也可能對芯片造成過度損傷。因此,需要在試驗效果和芯片保護之間進行平衡。


(二)循環(huán)次數(shù)


循環(huán)次數(shù)應根據(jù)芯片的預期使用壽命和可靠性要求來確定。一般來說,對于高可靠性要求的芯片,如航空航天、汽車電子等領域的芯片,需要進行更多的循環(huán)次數(shù)。


(三)溫度停留時間


在低溫和高溫狀態(tài)下的停留時間應足夠長,以使芯片達到熱平衡,充分暴露在嚴苛溫度環(huán)境下,但停留時間過長可能會增加試驗時間和成本。


七、實驗結果/結論


(一)結果分析


  1. 電性能分析:對比試驗前后芯片的電性能參數(shù),如電阻、電容、電感等,評估其變化情況。若電性能參數(shù)超出規(guī)定的公差范圍,則認為芯片存在性能退化。

  2. 功能測試分析:對試驗后的芯片進行全面的功能測試,與初始功能測試結果進行對比。若芯片出現(xiàn)功能失效,則進一步分析失效原因。

  3. 物理損傷分析:使用光學顯微鏡觀察芯片表面和內(nèi)部的物理損傷,如裂紋、分層、焊點脫落等。分析損傷的類型、位置和嚴重程度,評估其對芯片性能和可靠性的影響。


(二)結論


  1. 根據(jù)試驗結果,判斷芯片是否通過冷熱沖擊試驗。若芯片在試驗后仍能保持良好的電性能、功能完整性,且無明顯的物理損傷,則認為芯片通過試驗,具備在相應溫度環(huán)境下工作的可靠性。

  2. 對于未通過試驗的芯片,分析其失效模式和原因,提出改進措施和建議,為芯片的設計和生產(chǎn)工藝優(yōu)化提供參考。


八、注意事項


  1. 試驗人員應具備相關的專業(yè)知識和技能,熟悉試驗設備的操作和維護。

  2. 在試驗過程中,應嚴格遵守試驗設備的操作規(guī)程和安全注意事項,確保試驗人員和設備的安全。

  3. 試驗數(shù)據(jù)應及時、準確地記錄和保存,以便后續(xù)分析和追溯。


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