این مقاله مروری جامع بر تست قابلیت اطمینان تراشه ارائه می دهد.

تست قابلیت اطمینان یک فرآیند ارزیابی سیستماتیک است که تنش‌های محیطی و بارهای کاری مختلفی را که تراشه‌ها ممکن است در سناریوهای استفاده واقعی{0}}در دنیای واقعی با استفاده از انواع مختلف شبیه‌سازی کند.تجهیزات تست قابلیت اطمینان. این به طور جامع عملکرد، پایداری عملیاتی و طول عمر آنها را بررسی می کند. BOTO، به عنوان یک تولید کننده حرفه ای تجهیزات تست قابلیت اطمینان، راه حل های کامل تجهیزات تست را به مشتریان ارائه می دهد تا اطمینان حاصل شود که تراشه ها می توانند عملکردهای مورد انتظار خود را تحت شرایط فنی مشخص به طور پایدار انجام دهند.

در فرآیند تحقیق و توسعه و ساخت تراشه، تست قابلیت اطمینان نه تنها یک ابزار اصلی برای تأیید عملکرد محصول است، بلکه کلیدی برای بهبود کیفیت محصول و افزایش رقابت در بازار است. با انجام آزمایش‌های دقیق قابلیت اطمینان، حالت‌های بالقوه خرابی و مکانیسم‌های خطا را می‌توان زود شناسایی کرد، بنابراین جهت بهینه‌سازی طراحی و بهبود فرآیند، کاهش احتمال خرابی محصول در برنامه‌های واقعی، افزایش طول عمر موثر آن‌ها و در نهایت بهبود رضایت کاربر ارائه می‌شود.

I. تست های محیطی

تست محیطی جزء اصلی ارزیابی قابلیت اطمینان تراشه است که در درجه اول برای بررسی سازگاری و پایداری عملیاتی تراشه در شرایط مختلف محیطی استفاده می‌شود. آزمایش‌های متداول عبارتند از: عمر عملیاتی با دمای بالا (HTOL)، عمر عملیاتی با دمای پایین (LTOL)، چرخه دما (TCT) و تست استرس با دمای بالا و رطوبت (HAST).

(1) تست عمر عملیاتی در دمای بالا (HTOL).

HTOL یک روش کلاسیک تست قابلیت اطمینان تراشه است. این آزمایش تراشه را برای مدت طولانی در یک -محیط دمای بالا-یک تجهیزات تست قابلیت اطمینان{3}}برای شبیه‌سازی تنش حرارتی و فرآیند پیری در استفاده واقعی قرار می‌دهد. دمای آزمایش معمولاً بین 100 درجه تا 150 درجه است و مدت زمان به طور انعطاف‌پذیر بر اساس مشخصات تراشه و سناریوهای کاربردی تنظیم می‌شود.

تحت شرایط دمای بالا، ویژگی‌های الکتریکی، عملکرد و قابلیت اطمینان تراشه به‌طور مداوم کنترل و ثبت می‌شوند. از طریق آزمایش HTOL، انواع خطاهای ناشی از عواملی مانند انتشار حرارتی، آسیب ساختاری یا پیری مواد، مانند رانش مقاومت، نشت جریان، تماس ضعیف و مهاجرت فلز را می توان شناسایی کرد. شناسایی این حالت‌های خطا به ارزیابی-قابلیت اطمینان بلندمدت تراشه در محیط‌های{4}در دمای بالا کمک می‌کند و مبنایی برای بهینه‌سازی طراحی و بهبود فرآیند فراهم می‌کند.

(2) تست عمر عملیاتی در دمای پایین (LTOL).
آزمایش LTOL بر ارزیابی قابلیت اطمینان و طول عمر تراشه‌ها در محیط‌های{0}در دمای پایین متمرکز است. برای کاربردهای شدید مانند هوافضا، نظامی و پزشکی، تراشه ها باید عملکرد طبیعی خود را در دمای بسیار پایین حفظ کنند. این آزمایش پیری تراشه را در شرایط دمای پایین تسریع می‌کند و به سازندگان کمک می‌کند تا عملکرد پایداری خود را در دماهای پایین درک کنند. در طول آزمایش، عملکرد الکتریکی تراشه ثبت و با جزئیات تجزیه و تحلیل می‌شود تا از عملکرد قابل اعتماد در شرایط سخت{5} دمای پایین اطمینان حاصل شود.

(3) تست چرخه دما (TCT).
تست TCT استرس حرارتی و اثرات خستگی مواد ناشی از نوسانات دما در استفاده واقعی را شبیه سازی می کند. در طول آزمایش، تراشه بارها در معرض دمای پایین تنظیم شده (مثلاً -40 درجه) و دمای بالا (مثلاً 125 درجه) قرار می گیرد.

چرخه دما به طور موثر تنش ساختاری، تفاوت در ضرایب انبساط حرارتی و خستگی مفصل لحیم کاری ناشی از تغییرات دما را تشخیص می دهد. این عوامل می توانند منجر به ایراداتی مانند تماس ضعیف، ترک خوردن اتصالات لحیم کاری یا خستگی فلز شوند و در نتیجه بر قابلیت اطمینان و طول عمر تراشه تأثیر بگذارند. نتایج آزمون TCT مرجع مهمی برای ارزیابی عملکرد تراشه‌ها در محیط‌های تغییر دما فراهم می‌کند.

اتاق‌های تست چرخه دما معمولاً برای تجهیزات تست قابلیت اطمینان استفاده می‌شوند.

(4) تست استرس دما و رطوبت با شتاب بالا (HAST)

HAST یک روش ارزیابی سریع پیری است. این آزمایش تراشه را در یک محیط شدید با دما و رطوبت بالا (معمولاً 85 درجه / 85٪ RH) قرار می دهد و ولتاژ یا جریان را برای تسریع روند پیری آن اعمال می کند. این روش می تواند کاهش عملکرد یک تراشه را در طول استفاده طولانی مدت در مدت زمان کوتاهی بازتولید کند و به شناسایی عیوب احتمالی از قبل کمک کند.

مزیت اصلی HAST راندمان شتاب بالای آن است که امکان دستیابی به اطلاعات قابلیت اطمینان تراشه را در مدت زمان کوتاهی فراهم می کند، در حالی که شرایط رطوبت را به سناریوهای کاربردی واقعی نزدیک تر می کند.

II. تست مادام العمر

آزمایش مادام العمر یکی دیگر از مؤلفه های مهم ارزیابی قابلیت اطمینان تراشه است که عمدتاً برای تجزیه و تحلیل روند تغییر عملکرد و مکانیسم های خرابی تراشه ها در طول استفاده طولانی مدت استفاده می شود. پروژه های متداول عبارتند از: عمر ذخیره سازی با دمای بالا (HTSL) و تست زندگی تعصب (BLT).

(1) تست طول عمر ذخیره سازی در دمای بالا (HTSL).

آزمایش HTSL تراشه را در یک محیط دمای بالا (معمولاً 125 درجه تا 175 درجه) برای مدت طولانی بدون اعمال ولتاژ عملیاتی قرار می‌دهد تا قابلیت اطمینان و عملکرد طول عمر آن در شرایط ذخیره‌سازی دمای بالا ارزیابی شود. این آزمایش عمدتاً برای شبیه‌سازی اثرات پیری تراشه‌ها به دلیل ذخیره‌سازی{5}}در دمای بالا در حین انبارداری یا حمل و نقل استفاده می‌شود. آزمایش HTSL تحمل طولانی مدت تراشه‌ها را در محیط‌های دمای بالا روشن می‌کند و مرجعی برای تنظیم شرایط ذخیره‌سازی و حمل و نقل فراهم می‌کند.

(2) تست زندگی سوگیری (BLT)
آزمایش BLT پایداری و قابلیت اطمینان تراشه ها را تحت تأثیرات ترکیبی-ولتاژ بایاس طولانی مدت و دمای بالا ارزیابی می کند. در طول آزمایش، یک ولتاژ بایاس ثابت به تراشه اعمال می‌شود و در محیطی با دمای{2}بالا قرار می‌گیرد. مقدار ولتاژ بایاس با توجه به مشخصات تراشه و الزامات کاربردی تعیین می شود. با نظارت مداوم بر تغییرات عملکرد تراشه در شرایط بایاس دمای بالا، اثرات ناشی از پیری بایاس، مانند آسیب لایه دی الکتریک، تشکیل تله رابط، و خم شدن نوار، قابل تشخیص است. نتایج آزمایش BLT مبنای مهمی برای ارزیابی قابلیت اطمینان تراشه‌ها در محیط‌های-درازمدت و دمای بالا- فراهم می‌کند.

III. آزمون های مکانیکی و الکتریکی
علاوه بر آزمایش‌های محیطی و عمر، ارزیابی قابلیت اطمینان تراشه همچنین شامل آزمایش‌های مکانیکی و الکتریکی برای تأیید عملکرد و پایداری تراشه‌ها در شرایط شوک فیزیکی، ارتعاش و استرس الکتریکی است.

(1) تست سقوط (DT)
آزمایش قطره قابلیت اطمینان تراشه ها را در شرایط شوک فیزیکی و ارتعاش ارزیابی می کند. در طول آزمایش، تراشه بر روی یک دستگاه اختصاصی ثابت می‌شود و برای شبیه‌سازی تأثیر فیزیکی که ممکن است در استفاده واقعی متحمل شود، تحت{1}}عملیات افت یا لرزش از پیش تنظیم شده قرار می‌گیرد.

از طریق آزمایش سقوط، مشکلاتی مانند شکستگی اتصال لحیم کاری، آسیب ساختاری، یا شکستگی مواد ناشی از ضربه یا لرزش قابل شناسایی است. نتایج آزمایش داده های مهمی را برای ارزیابی ضربه و مقاومت ارتعاشی تراشه در استفاده واقعی ارائه می دهد.

(2) آزمایش تخلیه الکترواستاتیک (ESD).

تست ESD یک مورد کلیدی برای ارزیابی قابلیت ضد تداخل تراشه در یک محیط الکترواستاتیک است. تخلیه الکترواستاتیک معمولاً در اثر بارهای نامتعادل ایجاد شده در اثر اصطکاک یا جداسازی سطوح مواد عایق ایجاد می شود. هنگامی که بارها در مدت زمان کوتاهی از یک سطح به سطح دیگر منتقل می‌شوند، یک جریان پالس ولتاژ بالا ایجاد می‌شود.

آزمایش ESD عمدتاً از دو روش استفاده می‌کند: مدل تخلیه بدن انسان (HBM) و مدل دستگاه شارژ (CDM) برای شبیه‌سازی رویدادهای تخلیه الکترواستاتیک در تماس انسان یا تجهیزات تولید و ارزیابی تحمل تراشه در چنین شرایطی.

(3) Latch-up Test
تست Latch{0}}برای ارزیابی اینکه آیا تراشه تحت شرایط شدید مانند نوسانات غیرعادی برق دچار قفل شدن غیرمنتظره یا قطع برق می‌شود یا خیر استفاده می‌شود. در طول آزمایش، یک مدار حفاظتی به ترمینال ورودی برق تراشه اضافه شد و یک رویداد قطع برق ناگهانی با استفاده از یک سوئیچ سرعت بالا برای مشاهده رفتار تراشه و قابلیت بازیابی در چنین شرایط گذرا شبیه‌سازی شد. این تست به بررسی استحکام تراشه در هنگام اختلالات برق کمک می کند.

برای اطمینان از دقت علمی، دقت و تکرارپذیری تست قابلیت اطمینان تراشه، سازمان‌های بین‌المللی مجموعه‌ای از مشخصات و روش‌های تست استاندارد را توسعه داده‌اند، که عمدتاً شامل MIL-STD، JEDEC، IEC، JESD، AEC، و EIA می‌شود. این مشخصات به طور جامع الزامات تست قابلیت اطمینان تراشه‌ها را تحت شرایط محیطی، حالت‌های عملیاتی و سناریوهای مختلف کاربردی پوشش می‌دهد و به تولیدکنندگان تراشه و آزمایشگاه‌های آزمایش استانداردهای آزمایش و دستورالعمل‌های عملیاتی یکپارچه ارائه می‌دهد. BOTO در طراحی و ساخت تجهیزات مختلف تست قابلیت اطمینان، به شدت به مشخصات تست استاندارد فوق الذکر پایبند است تا از قابلیت اطمینان و سازگاری بالای نتایج تست تولید شده اطمینان حاصل کند.