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(zhù)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解決方案。

二、目的

三、實(shí)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(shù)參數：

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

• 溫度轉換速率：≤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，保證試驗箱內不同位置的溫度一致性。

• 控制系統：采用先進(jìn)的可編程控制器（PLC）或計算機控制系統，實(shí)現精確的溫度控制和試驗參數設置。

（二）輔助測試設備

1. 數據采集系統：用于實(shí)時(shí)采集芯片在試驗過(guò)程中的電性能參數，如電壓、電流、電阻等。

2. 功能測試設備：對芯片進(jìn)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(xué)顯微鏡：用于觀(guān)察芯片表面的物理?yè)p傷，如裂紋、分層等。

四、試驗樣品

（一）樣品選擇

1. 先進(jìn)制程的邏輯芯片（如 7nm、5nm 等）。

2. 存儲芯片（如 DRAM、NAND Flash 等）。

3. 射頻芯片。

4. 汽車(chē)電子芯片。

（二）樣品預處理

1. 在試驗前，對芯片進(jìn)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(jìn)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，并連接好數據采集系統和功能測試設備。

（二）試驗參數設置

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(shí)間：低溫和高溫各保持 15 分鐘。

3. 設定溫度轉換時(shí)間：≤5 秒。

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

（三）試驗啟動(dòng)

1. 啟動(dòng)冷熱沖擊試驗箱，開(kāi)始試驗。

2. 在試驗過(guò)程中，數據采集系統實(shí)時(shí)記錄芯片的電性能參數，功能測試設備按照設定的時(shí)間間隔對芯片進(jìn)行功能測試。

（四）試驗中斷與恢復

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

2. 排除故障后，根據中斷情況評估是否可以恢復試驗。若可以恢復，從中斷時(shí)的試驗循環(huán)次數繼續進(jìn)行試驗；若無(wú)法恢復，重新進(jìn)行試驗。

（五）試驗結束

1. 完成設定的試驗循環(huán)次數后，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(shí)間（通常為 24 小時(shí)）。

六、試驗條件

（一）溫度變化速率

（二）循環(huán)次數

（三）溫度停留時(shí)間

七、實(shí)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，如電阻、電容、電感等，評估其變化情況。若電性能參數超出規定的公差范圍，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(jìn)行全面的功能測試，與初始功能測試結果進(jìn)行對比。若芯片出現功能失效，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(guān)察芯片表面和內部的物理?yè)p傷，如裂紋、分層、焊點(diǎn)脫落等。分析損傷的類(lèi)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. 根據試驗結果，判斷芯片是否通過(guò)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(wú)明顯的物理?yè)p傷，則認為芯片通過(guò)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(guò)試驗的芯片，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(guān)的專(zhuān)業(yè)知識和技能，熟悉試驗設備的操作和維護。

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

3. 試驗數據應及時(shí)、準確地記錄和保存，以便后續分析和追溯。