Cirrus Logic 可靠性:质量认证和监控

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 AEC、JEDEC 和 AIAG 的成员,我们积极参与行业标准的开发。

  1. AEC 网页
  2. JEDEC 网页

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,规定的条件下执行要求的功能的可能性。半导体设备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’使用设备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。我们的质量认证/可靠性测试用于确保所有产品都在 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。有两个基本的故障类型,即早期故障和磨损故障。在设备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。

    Bathtub Curve
    图:产品使用寿命内的浴盆曲线、故障率。
    (单击以展开)

  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。

    1. 质量认证:
      • 目的:测试新产品是否可投入制造。
      • 为了制造、技术、封装和装配。
    2. 监控:
      • 目的:对现有设备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。
      • 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。表示每个设备在给定时间之前都是“好的”,而且在下一刻就会坏掉的可能性的度。Cirrus Logic 用来描述设备可靠性的衡量方法是:

    1. 百分比:设备的故障次数除以考虑的样本总数的百分比形式。
    2. FIT(每 10 亿小时设备出现故障的次数):每 109 个样本中的缺陷的个数。
    3. DPM (DPPM):每百万个设备中有缺陷(有缺陷的部件)设备数。
    4. 置信区间:χ 2〔选择的置信水平(通常为 60%)〕用作计算计算故障率的权重。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。如有冲突之处,商业产品依照 JEDEC,汽车产品依照 AEC。

进行下列应力测试的设备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,并根据需要采取更正行动。

  1. 使用寿命 (JEDEC JESD22-A108)

    使用寿命是执行的一项强应力测试,通过极端温度和动态偏置条件下的应用,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。

    1. 早期寿命

      在初期使用过程中由于随机的缺陷、生产过程的不同等,故障率比较高。执行儿童/早期寿命测试以估计故障率,通常由该阶段(3 到 6 个月)的 DPM 度量。早期寿命测试通常是对设备的制造过程的可靠性测量。早期故障率 (EFR) 通过生产烧制或 Vbump 压力控制,直到设计和/或制造过程比较健全。

      目的:对125°C 的设备应用持续的电压(设备特定的)不等时间。从测试结果计算婴儿死亡率或早期故障率,确定生产烧制(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,和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。

      Vbump 测试是通过在短时间内提供高于正常电源电压的电压,挑出有缺陷部件的方法。

      结果:通常以 DPM 度量

    2. 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 用于确定设备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设备的设计/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。

      结果:以 FIT 度量。

      预处理

      目的:模拟“真实的”PC 板装配过程。此应力测试于封装可靠性质量认证和监控测试之前进行。预处理在 THB、TC、TS 和 高压以及 HAST 测试之前执行。

      烘焙

      浸泡 (JESD22-A113)

      • 回流(进行 IR 回流或 VPR 或流量浸没的设备)(J-STD-020)
      • 流量浸没

  2. 偏置的高度加速应力测试 (HAST) (JESD22-A110)

    目的:模拟极端运行条件。(与 THB 极其相似)

    描述:在极端温度和湿度的环境下烘焙设备长度不等的时间。当设备在该环境中时,受偏压影响。然后对设备进行 ATE 电子故障测试。

    变量:温度 = 130°C / 湿度 = 85% RH/ 时间 = 96 小时,电压偏置水平。

    结果:以 % 缺陷率计。

  3. 温度湿度偏压 (THB) (JESD22-A101)

    目的:确定设备/包装对长期温度、湿度和电应力的抵抗力。

    描述:在极端温度和湿度的烤箱中烘焙设备长度不等的时间。设备在烤箱中时,受交变插脚上的最大差分偏压影响。然后对设备进行 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 个小时),电压偏置水平。

    结果:以 % 缺陷率计。

  4. 压力罐 (PPOT) (高压) (JESD22-A102)

    目的:测试塑料封装的设备的抗湿性。

    描述:将设备放在高温和高湿度的高压锅(放在盘子中)在静态条件下烘焙较长一段时间。然后执行 ATE 测试。检查故障设备有无脱胶、缺陷、坏掉的缆线等。

    变量:温度 = 121°C / 压力 = 15 Psi / 湿度 = 100 % RH / 时间 = 96 小时

    结果:以 % 缺陷率计。

  5. 温度周期 (TMCL) (JESD22-104)

    目的:显著加速封装和电路的不同元件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:设备被放在带有两个充满空气的小室的竖直管中的容器内。对顶部的小室加热,对底部的小室制冷。将设备从一个小室移到另一个小室。然后进行 ATE 测试。检查故障设备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(顶部)和 -65°C(底部)/ 时间 = 每个小室 10 分钟,周期数 = 500。

    结果:以 % 缺陷率计。

  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设备长度不等的时间。然后对设备进行 ATE 电子故障测试。

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

    结果:以 % 缺陷率计。

  7. HTSL (JESD22-A103)

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

    描述:在极端温度和湿度的环境下烘焙设备长度不等的时间。然后对设备进行 ATE 电子故障测试。

    变量:温度 = 150°C / 时间 = 1000 小时

    结果:以 % 缺陷率计。

  8. ESD

    此应力测试用于确定半导体设备的电子静电 (ESD) 敏感度。以下是三个最常用的测试模型。

    ESD 测试类型:

    1. 人体模型 (HBM) (JESD22-A114)

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

    2. 机器模型 (MM) (JESD22-A115)

      模拟充电的金属器械接触设备插脚时产生的放电电流。在低放电电阻下,释放高放电电流,增加了设备发生故障的可能性。放电电路的等效电容 C=200pF,电阻 R=0 m。

    3. 充电设备模型 (CDM) (JESD22-C101)

      模拟设备包装或铅框架等部位由于操作,然后设备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 插脚(和/或电源,目前 Cirrus Logic 不执行),设备能否维持 SCR 闩锁效应。Cirrus Logic 测试电流注入和过电压电源。

    闩锁效应 I/O:

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

    度量:向所有输入和 I/O 注入 +-100 mA 后,通过自动测试设备 (ATE)

    样本数量:每 1 份 6 个设备。

    结果:零个设备未通过 ATE 测试。

  10. 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。

    度量:在经历所有输入和 Vdd 电力系统振荡后,通过 ATE。

    样本数量:每 1 份 6 个设备。

    结果:每五个设备中有零个设备未通过 ATE 测试。

  11. 可焊性 (JESD22-B102)

    目的:确定经过运输和存储后端子的可焊性。

    描述:将设备浸入焊料(或无 Pb)池中预先设置好的一段时间。此测试在蒸汽和/或热老化(预处理)后进行。

    变量:焊料池温度:245 +/-5 °C,浸入时间:5 +/- 0.5 秒。焊料成分:Pb:Sn = 4:6,与助焊剂混合使用。

    ** 无 Pb 金属用于无铅封装。

    结果:至少 95% 的浸没区域必须覆盖有焊料。

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