什么是产品可靠性？ 半导体产品的质量取决于其是否可以充分满足特定的标准及特性；而半导体产品的可靠性，是指在一准时间内无故障运行，从而提高客户满意度和复购率的能力。以此为前提，失效是指在产品使用历程中爆发的故障，而缺憾是指在产品制造或检验历程中爆发的过失。因此，产品缺憾属于质量问题，而产品在保修期内频繁泛起故障则属于可靠性问题。
▲ 图1：质量与可靠性的区别（? HANOL出书社）图1列举了质量及可靠性在寄义和特性方面的区别。具体来讲，可靠性是指系统、零件或质料在特定的时间、距离或使用频次下，坚持初始质量和性能的能力。要满足这一点，就须要求产品在特定条件下，如划定使用方法或特定的情况因素中坚持无故障运行状态。因此，半导体企业在产品量产前，须先评估产品的质量和可靠性是否抵达行业标准。别的，在产品量产期间，企业也应按期检查产品的质量和可靠性。评估产品可靠性较为重要的一步，是事先明确可靠性评估标准。举例来说，如果一家企业准备出货100件产品，那么该企业则需要考虑以下问题：这些产品中有几多件在三年后依然可以正常使用？产品使用期间的运行模式？能否包管百 分之90的产品在五年后仍可正常使用？百 分之95的产品可以正常使用多长时间？验证这些标准需进行测试。理想情况下，产品需接受三年期、五年期甚至更恒久限的测试，以确保其在差别时间规模内的可靠性。但如果将大宗时间花费在产品评估上，会使产品量产时间大幅度推迟。因此，企业通�；峤幽杉铀俨馐院屯臣萍际趵雌拦揽煽啃�，别的，还可以通过可靠性函数、产品寿命漫衍、及平均寿命等盘算方法，在较短时间内完成可靠性验证。
国际半导体标准化组织（JEDEC）标准 半导体设计和制造企业可以自行评估旗下产品的可靠性，并将评估结果提供应客户，客户可凭据评估结果来判定产品是否满足其需求，或自行开展可靠性评估测试。但如果半导体企业和客户接纳的评估标准保存差别，那么双方就不得差池标准进行统一，而这是一项很是耗时的事情。作为解决计划，半导体企业通�；峤幽伞肮拾氲继灞曜蓟橹煜鹿烫际跣帷保虺艼EDEC）划定的标准，来同时满足企业及客户的需求。JEDEC的主要职责是资助制造商和相关组织，配合审查和制定如集成电路（Integrated Circuit）等电子设备的统一标准。随着其所制定的标准被广泛视为国际标准，JEDEC已成为实际意义上的全球半导体行业标准制定机构。该组织董事会（Board of Directors, BoD）卖力决定政策和程序，并拥有JEDEC标准的终审批权。别的，JEDEC下设众多委员会（JEDEC Committee, JC），为各自擅长的领域制定标准。其中，部分重要的效劳半导体行业的委员会及其职责为：JC-14固态产品质量与可靠性委员会，卖力为固态产品制定相关标准；JC-11机械标准化委员会，卖力制定�？榧鞍氲继宸庾巴夤郾曜�；JC-42固态存储器委员会，卖力制定DRAM标准；JC-63多芯片封装委员会，卖力制定移动多芯片封装标准。如果某企业想要为旗下产品制定标准，首先可以提交标准提案，由相应的委员会成员进行选票表决。无论规模巨细，每家企业均有一票选票权。委员会选票通事后，标准提案还需经由董事会选票再次表决，两轮选票通事后，提案将被确立为JEDEC标准，并向各行业公示。
评估产品寿命的可靠性测试
除国际评估标准外，另有许多用于评估产品可靠性的指标，包括评估半导体产品寿命的指标。 早期失效率 早期失效率（Early Failure Rate, EFR）用于估算产品在用户使用情况下，一年内爆发的设备故障次数。关于某些产品而言，由于系统寿命差别，或要求更高标准的产品可靠性，这个期限可短至六个月或延长至一年以上。如图2所示，老化测试（Burn-in）用于筛查可能在短期内失效的产品，而早期失效率用于验证筛查后产品的潜在失效率是否坚持在可接受的水平。测试条件凭据相关半导体产品的温度及电压加速因子进行设定和评估。
▲ 图2：浴盆曲线中的早期失效率（EFR）区，及产品失效率随时间爆发变革的三个阶段（? HANOL出书社） 崎岖温事情寿命测试 高温事情寿命（High Temperature Operating Life Test, HTOL）测试是较常见的产品寿命评估类型之一，旨在评估产品在使用期间由温度和电压应力引起的问题。高温事情寿命测试是相对全方 面的测试方法，它不但可以评估早期失效，同时可以识别由事故或损耗造成的失效问题。同样，低温事情寿命（Low Temperature Operating Life Test, LTOL）测试可用于评估因受到热载流子（Hot Carrier）影响而爆发失效的概率，但由于施加了电压和温度，也保存导致产品失效的其它情况爆发。 高温存储寿命测试 高温存储寿命（High Temperature Storage Life, HTSL）测试用于评估产品在高温贮存条件下的可靠性。受扩散、氧化、金属间化合物形成、及封装质料化学降解等因素影响，高温贮存条件可能会对产品寿命爆发影响。 耐久性和数据保存性能测试 耐久性测试用于评估NAND闪存等产品可以蒙受的编程/擦除周期的次数。关于NAND产品而言，一个要害的可靠性评估指标是数据保存能力。该指标权衡的是，在无电源供应情况下的一准时间内，数据在存储单位中可保存的时长。 种种外部情况条件下的可靠性测试 导致半导体产品失效的外部情况条件诱因有许多。因此，产品在被运往目的地之前，需接受特定情况条件下的可靠性测试，以确保其能够经受住差别情况条件的考验。 预处理测试 完成产品装运和贮存后，可通过预处理测试来评估客户使用历程中可能泛起的问题，如吸湿性（Hygroscopic）和热应力等影响产品可靠性的因素。预处理通过模拟产品在销售 、运送给客户的历程中、翻开真空包装，及系统装置等各个环节的状态，评估其在湿润条件下的可靠性。预处理是情况条件可靠性测试的先决条件，包括温湿度偏压（Temperature Humidity Bias, THB）测试、高加速应力（Highly Accelerated Stress Test, HAST）测试及热循环测试。 评估顺序依次为热循环、烘烤、吸热、回流焊。图3展示了将预处理测试应用于封装、运输和系统装置环节等的流程。
▲ 图3: 生产、运输和使用与预处理测试条件的关系（? HANOL出书社）
热循环测试
热循环（TC）测试是评估产品在差别的用户情况中，可能泛起的瞬时温度变革时产品的耐受性。半导体封装和�？橛刹畋鹬柿献槌�，而差别质料的热膨胀系数各不相同，这会导致由于应力作用而引起的疲劳失效，这种应力一般是在热变革爆发后，因膨胀和收缩所爆发的。热循环测试的主要目的是丈量温度变革时，半导体封装蒙受应力的能力，但高温和低温应力也可能导致许多其它失效问题。长时间的热攻击可用于验证半导体种种封装质料因应力和热膨胀因素，造成的界面分层、内外封装裂纹、芯片裂纹的可能性。别的，由于绿色产品规则对铅等有害物质使用的制约，以及便携式移动设备等应用领域的扩展，焊点的重要性与日俱增，而热循环也是评估焊点可靠性的一种测试要领。
温湿度贮存测试和温湿度偏压测试
温湿度贮存（Temperature Humidity Storage, THS）测试用于评估半导体产品蒙受高温和高湿条件下的耐受性。为了确定合适的曝露时间，建议通过丈量翻开防潮包装后的吸湿量以模拟实际的使用情况。同时，温湿度偏压（THB）测试通过向产品施加电偏压（Electrical Bias）的要领来评估其防潮性能。尽管大大都失效原因是由铝腐化引起的，但温度应力也会造成其它潜在问题。该测试还可以用于检测其它封装可靠性问题，例如湿气渗入引线间细小空隙或模塑孔而引发的焊盘金属腐化问题，以及湿气透过�；つた障渡攵贾碌氖侍獾�。
高压炉测试
高压炉测试（Pressure Cooker Test, PCT）是一种早期评估耐湿性的理想方法，其测试标准相较于温湿度贮存测试和温湿度偏压测试更为严格。高压炉测试又名蒸压器（Autoclave）测试，该测试是在百 分百100相对湿度和高压的情况下，通过湿气渗入来评估模塑质料的耐湿性以及模塑结构的可靠性。别的，该测试还可以用于检测由引线及模塑通孔间湿气渗入所导致的产品失效。类似于温湿度贮存测试，高压炉测试曾是用于厚半导体封装可靠性测试的重要要领。然而，从目前JEDEC的评估结果及较新的国际趋势来看，高压炉测试关于目今的封装来说，应力幅度过大。因此，这项测试要领需凭据封装类型有选择性地使用。高压炉测试主要用于引线框架产品，而无偏压高加速应力测试（UHAST）主要应用于基板产品。
无偏压的高加速应力测试、高加速应力测试和高加速寿命测试
无偏压高加速应力测试（UHAST）是通过对薄封装的基底类型产品，如细间距球栅阵列封装（FBGA）产品施加与高压炉测试相似的应力，来评估产品可靠性。这两项测试在识别和发明产品失效类型方面也有相同之处，高压炉测试接纳饱和湿度或百 分100相对湿度来施加应力；而无偏压高加速应力测试，则接纳与用户情况相似的相对湿度为百分 之85的非饱和湿度条件。该测试要领主要接纳电偶腐化（Galvanic Corrosion）或直接化学腐化。另一项评估是高加速应力测试（HAST），用于评估非密封封装在湿润情况下的可靠性。这项测试接纳与温湿度偏压测试相同的要领， 引脚在静态偏压的状态下，继续向其施加温度、湿 湿度及压力应力。然后才是高加速寿命测试（HALT），这是一种快速应力测试，有助于在产品设计阶段识别和纠正设计缺点。
机械因素可靠性测试
半导体产品在搬运、贮存、运输和运行历程中，会受到机械、气候和电气因素造成的情况压力，这些负荷会严重影响产品的设计可靠性。因此，有须要对开发中或批量生产的产品进行评估，以监测此类异常情况。在评估历程中，制造商可对产品施加振动、攻击或跌落等物理应力。
攻击测试
攻击测试通过模拟产品在搬运和运输中可能受到的攻击，来评估产品的抗攻击力。典范的攻击测试包括锤击测试和跌落测试。锤击测试时将测试样品牢固在适当位置，然后用锤子敲击；跌落测试是指让产品随机向下跌落。锤击测试用于评估产品可蒙受的锤击力和脉冲蒙受能力，以及攻击次数。而跌落测试中，测试样品需要在1-1.2米的高度随机向下跌落，以模拟用户的实际事情情况。
振动、弯曲和扭转测试
振动测试是用于产品在运输期间可能爆发振动的对抗力评估，通常接纳切合JEDEC标准的正弦振动（Sine Vibration）实验方法。其它测试还包括弯曲测试和扭转测试。弯曲测试用于评估因印刷电路板（PBC）翘曲或弯曲造成的焊点缺点；扭转测试也被称为扭曲或扭矩测试，用于评估受到扭转应力时，产品的焊点问题和翘曲蒙受力。
确保提供可靠的半导体产品
本篇文章所介绍的可靠性测试及标准，是确保这些重要元件切合当今科技世界严苛标准的基本。从情况条件测试、机械因素测试，到产品寿命测试等各项评估要领，皆体现了半导体行业致力于生产可靠、耐用产品的决心。
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