解析 2024 芯片行業(yè)冷熱沖擊試驗(yàn)箱試驗(yàn)的解決方案

一、引言

隨著芯片技術(shù)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(yàn)作為一種重要的可靠性測(cè)試方法，對(duì)于評(píng)估芯片在嚴(yán)苛溫度變化環(huán)境下的性能和穩(wěn)定性具有關(guān)鍵意義。本方案旨在為 2024 年芯片行業(yè)提供一套全面、科學(xué)、有效的冷熱沖擊試驗(yàn)解決方案。

二、目的

三、實(shí)驗(yàn)/設(shè)備條件

（一）冷熱沖擊試驗(yàn)箱

1. 選用高性能的冷熱沖擊試驗(yàn)箱，具備以下技術(shù)參數(shù)：

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

• 溫度轉(zhuǎn)換速率：≤5 秒，確保快速的溫度切換，以模擬真實(shí)的沖擊情況。

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

• 控制系統(tǒng)：采用先進(jìn)的可編程控制器（PLC）或計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精確的溫度控制和試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置。

（二）輔助測(cè)試設(shè)備

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

2. 功能測(cè)試設(shè)備：對(duì)芯片進(jìn)行功能測(cè)試，以驗(yàn)證其在冷熱沖擊前后的功能完整性。

3. 光學(xué)顯微鏡：用于觀察芯片表面的物理?yè)p傷，如裂紋、分層等。

四、試驗(yàn)樣品

（一）樣品選擇

1. 先進(jìn)制程的邏輯芯片（如 7nm、5nm 等）。

2. 存儲(chǔ)芯片（如 DRAM、NAND Flash 等）。

3. 射頻芯片。

4. 汽車電子芯片。

（二）樣品預(yù)處理

1. 在試驗(yàn)前，對(duì)芯片進(jìn)行初始性能測(cè)試，包括電性能測(cè)試、功能測(cè)試等，并記錄測(cè)試結(jié)果。

2. 對(duì)芯片進(jìn)行編號(hào)，以便于識(shí)別和跟蹤。

五、試驗(yàn)步驟

（一）安裝與連接

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

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

（二）試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

1. 設(shè)定低溫溫度為 -60°C，高溫溫度為 +150°C。

2. 設(shè)定溫度停留時(shí)間：低溫和高溫各保持 15 分鐘。

3. 設(shè)定溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間：≤5 秒。

4. 設(shè)定試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)：根據(jù)芯片的應(yīng)用場(chǎng)景和質(zhì)量要求，選擇 500 次、1000 次或更多。

（三）試驗(yàn)啟動(dòng)

1. 啟動(dòng)冷熱沖擊試驗(yàn)箱，開始試驗(yàn)。

2. 在試驗(yàn)過程中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄芯片的電性能參數(shù)，功能測(cè)試設(shè)備按照設(shè)定的時(shí)間間隔對(duì)芯片進(jìn)行功能測(cè)試。

（四）試驗(yàn)中斷與恢復(fù)

1. 若試驗(yàn)過程中出現(xiàn)設(shè)備故障或異常情況，應(yīng)立即中斷試驗(yàn)，并記錄中斷時(shí)的試驗(yàn)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(píng)估是否可以恢復(fù)試驗(yàn)。若可以恢復(fù)，從中斷時(shí)的試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)；若無法恢復(fù)，重新進(jìn)行試驗(yàn)。

（五）試驗(yàn)結(jié)束

1. 完成設(shè)定的試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)后，停止試驗(yàn)。

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

六、試驗(yàn)條件

（一）溫度變化速率

（二）循環(huán)次數(shù)

（三）溫度停留時(shí)間

七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果/結(jié)論

（一）結(jié)果分析

1. 電性能分析：對(duì)比試驗(yàn)前后芯片的電性能參數(shù)，如電阻、電容、電感等，評(píng)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(rèn)為芯片存在性能退化。

2. 功能測(cè)試分析：對(duì)試驗(yàn)后的芯片進(jìn)行全面的功能測(cè)試，與初始功能測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。若芯片出現(xiàn)功能失效，則進(jìn)一步分析失效原因。

3. 物理?yè)p傷分析：使用光學(xué)顯微鏡觀察芯片表面和內(nèi)部的物理?yè)p傷，如裂紋、分層、焊點(diǎn)脫落等。分析損傷的類型、位置和嚴(yán)重程度，評(píng)估其對(duì)芯片性能和可靠性的影響。

（二）結(jié)論

1. 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，判斷芯片是否通過冷熱沖擊試驗(yàn)。若芯片在試驗(yàn)后仍能保持良好的電性能、功能完整性，且無明顯的物理?yè)p傷，則認(rèn)為芯片通過試驗(yàn)，具備在相應(yīng)溫度環(huán)境下工作的可靠性。

2. 對(duì)于未通過試驗(yàn)的芯片，分析其失效模式和原因，提出改進(jìn)措施和建議，為芯片的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝優(yōu)化提供參考。

八、注意事項(xiàng)

1. 試驗(yàn)人員應(yīng)具備相關(guān)的專業(yè)知識(shí)和技能，熟悉試驗(yàn)設(shè)備的操作和維護(hù)。

2. 在試驗(yàn)過程中，應(yīng)嚴(yán)格遵守試驗(yàn)設(shè)備的操作規(guī)程和安全注意事項(xiàng)，確保試驗(yàn)人員和設(shè)備的安全。

3. 試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)、準(zhǔn)確地記錄和保存，以便后續(xù)分析和追溯。