电子元件可靠度作业实务指引(一)

電子元件可靠度作業實務指引(一)11電子元件鑑定試驗(ReliabiltyQualificationTest)前言電子元件鑑定的目的是於正式量產前或原料、製程變更時為了確認產品設計結構、使用原料到製造成品之產品能力是否達到設計及客戶(市場)的需求目標。電子元件從產線製造出來除了確定功能符合需求外，尚需經歷搬運、儲存、PCB插件、PCB焊接、系統組裝、整機包裝、整機運輸、置架、銷售最後到消費者使用。其間過程所經歷的外在力量、環境衝擊都有可能致使元件損傷乃至失效。如果只是關注元件供應商的製程能力、良率對後續可能產生的損耗是潛存著極大的風險，以石英諧震(CrystalResonator)/石英震盪(CrystalOscillator)元件為例，在搬運、運輸過程的摔落及震盪衝擊，PCB插件時作業員不慎掉落地面，最後到消費者手上的手機中不慎墜落，都有可能造成石英諧震(CrystalResonator)/石英震盪(CrystalOscillator)元件中的石英晶片脫落，致使整機不良品的產出、產品使用壽命的減短或產品的失效，最終導致製造資源及自然資源的浪費。另就PCB打件、焊接業者而言只是經過迴流焊測試過的元件未必能經得起超音波的焊接作業或手焊作業所產生的損壞及損傷影響。所以只是以製程能力、良率或是實驗室度量的平均壽命(MTTF)來判斷元件的良莠是存在著相當大的盲點的。即使良率100%的元件如果於PCB打件、(超音波)焊接中有30%的損壞，且也極可能有殘留的應力造成潛在的損傷，那，元件的製程能力、良率及壽命保證又有何意義呢？所以電子元件的製程能力、良率及平均壽命只有在通過各種可能的環境應力考驗才具有相對的意義。電子元件的可鑑定測試除了功能及壽命測試(可靠度試驗)鑑定外，各種的環境應力模擬鑑定測試是完全不可或缺的。相關規範1.AEC-汽車產業之行業標準規範AECComponentTechnicalCommittee：一般性電子元件鑑定要求(Commonelectricalcomponentqualificationrequirements)1.1.積體電路(IC)元件相關文件AEC-Q100Rev-GbaseFailureMechanismBasedStressQualificationForIntegratedCircuits(basedocumentonlywithnotestmethods)AEC-Q100-001-Rev-CWireBondShearTestAEC-Q100-002-Rev-DHumanBodyModel(HBM)ElectrostaticDischargeTestAEC-Q100-003-Rev-EMachineModel(MM)ElectrostaticDischargeTestAEC-Q100-004-Rev-CICLatch-UpTestAEC-Q100-005-Rev-CNon-VolatileMemoryProgram/EraseEndurance,DataRetention,andOperationalLifeTestAEC-Q100-006-Rev-DElectro-ThermallyInducedParasiticGateLeakageTest(GL)AEC-Q100-007-Rev-BFaultSimulationandTestGradingAEC-Q100-008-Rev-AEarlyLifeFailureRate(ELFR)AEC-Q100-009-Rev-BElectricalDistributionAssessment電子元件可靠度作業實務指引(一)22AEC-Q100-010-Rev-ASolderBallShearTestAEC-Q100-011-Rev-BChargedDeviceModel(CDM)ElectrostaticDischargeTestAEC-Q100-012-Rev-ShortCircuitReliabilityCharacterizationofSmartPowerDevicesfor12VSystems說明：a.AEC-Q100Rev-G是將各類IC產品的鑑定測試項目要求、方法及條件彙整的文件，並包括”設計、結購、能力證明(CertificationofDesign,ConstructionandQualification)”和”鑑定測試計劃及結果(Q100GQUALIFICATIONTESTPLAN)”的制式表格。b.AEC-Q100-001～AEC-Q100-012是AEC-Q100的附件，為部份鑑定測試項目的方法，AEC-Q100Rev-G其他的部份的鑑定測試方法還有JESD22、JESD89、MIL-STD-883、SAEJ1752/3等。c.AEC-Q100Rev-G新元件及製程變更的鑑定測試項目分別表列於Table2及Table3。d.AEC-Q100Rev–GTable2將鑑定測試項目分組成：TESTGROUPA–ACCELERATEDENVIRONMENTSTRESSTESTS(Preconditioning、Temperature-Humidity-BiasorBiasedHAST、AutoclaveorUnbiasedHASTorTemperature-Humidity(withoutBias)、TemperatureCycling、PowerTemperatureCycle、HighTemperatureStorageLife)TESTGROUPB–ACCELERATEDLIFETIMESIMULATIONTESTS(HighTemperatureOperatingLife、EarlyLifeFailureRate、NVMEndurance,andDataRetention,OperationalLife)TESTGROUPC–PACKAGEASSEMBLYINTEGRITYTESTS(WireBondShear、WireBondPull、Solderability、PhysicalDimensions、SolderBallShear、LeadIntegrity)TESTGROUPD–DIEFABRICATIONRELIABILITYTESTS(Electromigration、TimeDependentDielectricBreakdown、HotCarrierInjection、NegativeBiasTemperatureInstability、StressMigration)TESTGROUPE–ELECTRICALVERIFICATIONTESTS(Pre-andPost-StressFunction/Parameter、ElectrostaticDischargeHumanBodyModel/MachineModel、ElectrostaticDischargeChargedDeviceModel、Latch-Up、ElectricalDistributions、FaultGrading、Characterization、Electrothermally-InducedGateLeakage、ElectromagneticCompatibility、ShortCircuitCharacterization、SoftErrorRate)TESTGROUPF–DEFECTSCREENINGTESTS(ProcessAverageTesting、StatisticalBin/YieldAnalysis)TESTGROUPG–CAVITYPACKAGEINTEGRITYTESTS(MechanicalShock、VariableFrequencyVibration、ConstantAcceleration、Gross/FineLeak、PackageDrop、LidTorque、DieShear、InternalWaterVapor)A～G等7個測試群組，共38個測試項目，並非各類的IC元件都需進行所有測試項目的鑑定，電子元件可靠度作業實務指引(一)33是就Table2NOTES欄位標註的IC類別進行該項目鑑定測試即可，另於NOTES欄位中標註有N者表示非破壞性測試可用於其他的測試或作為產品。e.AEC-Q100Rev–GTable2NOTES欄位標註的IC類別：HRequiredforhermeticpackageddevicesonly.PRequiredforplasticpackageddevicesonly.BRequiredSolderBallSurfaceMountPackaged(BGA)devicesonly.NNondestructivetest,devicescanbeusedtopopulateothertestsortheycanbeusedforproduction.DDestructivetest,devicesarenottobereusedforqualificationorproduction.SRequiredforsurfacemountplasticpackageddevicesonly.GGenericdataallowed.Seesection2.3,Table1,andAppendix1.KUsemethodAEC-Q100-005forpreconditioningastand-aloneNon-VolatileMemoryintegratedcircuitoranintegratedcircuitwithaNon-VolatileMemorymodule.1.2.離散式半導體元件相關文件(DISCRETESEMICONDUCTORS)AEC-Q101Rev-CStressTestQualificationForDiscreteSemiconductors(completedocumentwithtestmethods)AEC-Q101Rev–CbaseStressTestQualificationForDiscreteSemiconductors(basedocumentonlywithnotestmethods)AEC-Q101-001-Rev-AHumanBodyModel(HBM)ElectrostaticDischargeTestAEC-Q101-002-Rev-AMachineModel(MM)ElectrostaticDischargeTestAEC-Q101-003-Rev-AWireBondShearTestAEC-Q101-004-Rev-MiscellaneousTestMethodsAEC-Q101-005-Rev-AChargedDeviceModel(CDM)ElectrostaticDischargeTestAEC-Q101-006-Rev-ShortCircuitReliabilityCharacterizationofSmartPowerDevicesfor12VSystems說明：a.AEC-Q101Rev-C是將各類半導體元件產品的鑑定測試項目要求、方法及條件彙整的文件並包括”設計、結購、能力證明(CertificationofDesign,ConstructionandQualification)”、”鑑定測試計劃(DiscreteSemiconductorComponentQualificationPlan)”、”環境測試總結(ProductionPartApproval-EnvironmentalTestSummary)”及”功能參數確認總結(ProductionPartApproval-ParametricVerificationSummary)”的制式表格。b.AEC-Q101-001～AEC-Q101-006是AEC-Q101的附件，為部份鑑定測試項目的方法，AEC-Q101Rev-C其他的部份的鑑定測試方法還有JESD