可靠性是指产品、系统在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的能力。所以说可靠性是一项重要的质量指标——可靠性可以代表质量的时间。

可靠性的意义：

（1） 高可靠性产品才能满足现代技术和生产的需要

（2） 高可靠性产品可获得高的经济效益

（3） 高可靠性产品，才有高的竞争能力

可靠性测试主要有环境试验、寿命试验等。

米格实验室整合整套半导体器件可靠性及失效分析服务，为企业及研究人员提供一站式的服务。加快科研进程，助力科研发展。

米格实验室-半导体器件可靠性及失效分析服务-预处理试验

预处理试验（preconditioning）：预处理试验是为了评估器件在包装，运输，贴片过程中的承受能力。

通过试验还可以得到器件的湿度敏感度等级MSL（参照标准：J-STD-020C）和回流焊敏感度等级（参照标准J-STD-020D）。

1. MSL测定的流程是：

 (1) 良品IC 进行SAT，确认没有脱层的现象。

 (2) 将IC烘烤，以完全排除湿气。

 (3) 依MSL等级加湿。

 (4) 过 IR-Reflow 3次 (模拟 IC 上件，维修拆件，维修再上件)。

 (5) SAT 检验是否有脱层现象及 IC 测试功能。

若能通过上述测试, 代表 IC 封装符合 MSL 等级。

MSL的分类有8级，具体如下：

1级-小于或等于30°C/85% RH 无限车间寿命

2级-小于或等于30°C/60% RH 一年车间寿命

2a级-小于或等于30°C/60% RH 四周车间寿命

3级-小于或等于30°C/60% RH 168小时车间寿 命

4级-小于或等于30°C/60% RH 72小时车间寿命

5级-小于或等于30°C/60% RH 48小时车间寿命

5a级-小于或等于30°C/60% RH 24小时车间寿命

6级-小于或等于30°C/60% RH 72小时车间寿命

(对于6级，元件使用之前必须经过烘焙，并且必须在潮湿敏感注意标贴上所规定的时间限定内回流)

2. 回流焊敏感度等级的测试流程如下图

3. 测试设备

（1）回焊炉

设备参数:

温度范围：室温~400℃

加热温区：上10/下10

温度精度：±1℃

常规温度：245℃//260℃

炉温测试仪

通道数：10 通道

测温精度：±1℃

预处理可造成的失效模式有：焊料流出，分层，表面平整度的变化，内部封装裂纹，爆米花间隙，外部封装裂纹，焊球裂纹，焊线断裂，焊点脱离，焊球颈部断裂，键合断裂，die裂纹。

环境测试失效案例：

评估由于高温和低温的膨胀收缩而暴露于机械应力的非密封封装固态器件的耐久性。

试验设备：温度循环试验机（TCT）

设备参数：

设备能力:

-75 ℃～250 ℃

常规条件:

1.-65℃～150℃, Dwell=20 min

2.-55℃～150℃, Dwell=20 min

温度循环试验可造成的失效模式有：金属层分层，焊线断裂，基底裂纹，钝化裂纹，die裂纹。

温度循环试验失效案例：

评估非密封封装固态器件在湿度环境中的电阻情况

试验设备：高速老化寿命试验机

设备能力:

温度0～200(℃)；湿度0～100(%RH)

常规条件:

PPOT：121℃,100％RH,205 kpa(2 atm), No bias

UHST：130℃,85％RH, 250 kPa, No bias

PPOT/UHST试验常见的器件失效情况：键合处腐蚀，形成树突。

失效案例

评估非密封封装固态器件在温度，湿度和偏压加速水分渗透的湿度环境中的电阻情况

试验设备：高温反偏试验机

设备能力:

温度0-200℃/电压0-2000V

设备特点:

1.“自动加电”：老化加载实现自适应程控方式，调取器件数据库自动完成试验全过程。

2.全程监控试验情况，记录试验曲线和数据供试验分析。

3.每台试验电源由完善的过压、欠压、过流、短路和超温保护功能，确保试验电源的可靠性。

高温高湿反偏试验机

设备能力:

温度0-200℃/电压0-2000V

设备特点:

1.“自动加电”：老化加载实现自适应程控方式，调取器件数据库自动完成试验全过程。

2.全程监控试验情况，记录试验曲线和数据供试验分析。

3.每台试验电源由完善的过压、欠压、过流、短路和超温保护功能，确保试验电源的可靠性。

THBS/HAST试验器件失效方式：键合处腐蚀，形成树突，电荷蠕变。

失效案例

失效案例

米格实验室-半导体器件可靠性测试-高温保存寿命试验

高温保存寿命试验（High Temperature Storage Life，HTSL）是将器件在高温下烘烤一定的时间。

测试温度：150℃或者175℃。

测试时间：一般为1000 h。

测试目的：

（1）检测器件与保质期（存储）相关的不稳定机制。

（2）在不通电的情况下，确定高温下设备存储的效果。

最终评估产品长时间暴露在高温下的耐久性。

测试参考标准：JESD22-A103

测试设备：高温储存箱

HTSL试验失效方式：干腐蚀，焊球中的空迁移，柯肯德尔效应

失效案例：柯肯德尔效应

米格实验室-半导体器件可靠性测试-可焊性测试

可焊性测试（Solderability）是对半导体器件的焊接性能做定性的评估。

测试方法：浸焊实验法，漂焊实验法，波峰焊实验法，湿润平衡法等。

参考标准：J-STD-002B

试验流程：

（1）蒸汽老化：样品前处理，根据需求进行蒸汽老化模拟器件的应用场景。

（2）晾干：蒸汽老化完成后，晾干样品，可焊性测试在完成老化试验之后72h之内进行。

（3）助焊剂沾浸：将样品直立浸入助焊剂中，然后取出使其直立滴流至待测部位没有多余助焊剂。

（4）焊料浸渍：将样品直立浸入熔融焊锡中，一定时间后匀速取出。

（5）冷却后清洁样品：上锡完成后，待样品自然冷却，用无水乙醇清洗掉多余的助焊剂。

（6）检查：将样品置于光学显微镜下观察。评估可焊性。

试验设备：方型锡炉

试验案例：

不沾锡（dewetting）

寿命试验（OPLI）：研究器件在最大额定电压和结温下的行为。

寿命试验适用与功率二极管，肖特基二极管，晶闸管，三端双向可控硅以及IGBT。

热疲劳试验（TFT）：研究晶体管抵抗由间歇施加负载引起的结温波动的能力。适用与功率二极管，肖特基二极管，晶闸管，三端双向可控硅以及IGBT。

寿命试验及热疲劳试验设备：热疲劳试验机

设备能力:

0～80.0V/0～60A

设备特点:

1.“自动加电”：老化加载实现自适应程控方式，调取器件数据库自动完成试验全过程。

2.全程监控试验情况，记录试验曲线和数据供试验分析。

3.每台试验电源由完善的过压、欠压、过流、短路和超温保护功能，确保试验电源的可靠性。

失效案例

米格实验室-半导体器件可靠性测试-高温反偏试验

高温反偏试验（High Temperature Reverse Bias Test，HTRB）是在高温下加上反向偏压的工作模式，

由于高温下漏电流增加，质量差的器件就会失效，以此评估产品的可靠性。

测试温度：125℃，150℃或175℃。

测试时间：168h，500h，1000h。

测试目的：研究器件在静态工作模式下，以最高额定反向直流电压下或者80%

最高额定反向直流电压进行工作，以确定偏置条件和温度随时间对固态设备的影响。

参考测试标准：JESD22-A108

高温栅偏试验（High Temperature Gate Bias, HTGB）

主要是用于测定栅氧本身及相关界面的可靠性。

测试温度：150℃或175℃。

测试时间：500h，1000h。

参考测试标准：JESD22-A108

HTBR和HTGB是可靠性测试中最常见的测试项目。

适用测试器件：功率二极管， SiC肖特基和肖特基二极管，晶闸管，三端双向可控硅和IGBT。

试验设备：高温反偏试验机

设备能力:

温度0-200℃/电压0-2000V

设备特点:

（1）“自动加电”：老化加载实现自适应程控方式，调取器件数据库自动完成试验全过程。

（2）全程监控试验情况，记录试验曲线和数据供试验分析。

（3）每台试验电源由完善的过压、欠压、过流、短路和超温保护功能，确保试验电源的可靠性。

半导体器件失效分析主要包含非破坏性分析，破坏性分析以及电特性分析等

非破坏性分析:

（1） 外观检查：通过高低倍光学显微镜观察器件外观情况。

（2） X-ray检查：通过3D-CT无损检测器件内部情况。

测试设备：3D-CT

设备参数：

电压范围：25-160KV

最大检查范围：310mm*00mm

总放大倍数：256，000x

侧面观察角度：+/-70°

器件成像案例

（3） 超声波扫描显微镜：通过超声波扫描显微镜无损检测器件多层结构情况。

试验设备：超声波扫描显微镜

设备参数：

数据分辨率：6700万像素

X/Y/Z 三轴扫描精度：+/- 0.5um

最大扫描范围：314mm*314mm

最大探测频率：100MHz

探测案例

破坏性分析:确定器件内部有失效的时候，进行开封检查。

（1） 化学开封： 通过用酸腐蚀芯片表面覆盖的塑料，暴露出内部芯片

化学开封设备

（2） 研磨：对特定部位进行研磨以方便对失效位置进行观察。

研磨设备

电特性分析:通过器件的电特性测试判断器件失效方式。

试验设备：Curve tracer

设备参数：

最大电压：3000 V

最大输出功率：390 W

最大电流：1000 A

其他观察设备：通过FIB，SEM，EDX，探针测试等方式综合分析器件失效方式

(1）测试设备：SEM/FIB双束系统

设备参数：

电子束电压：SEM-200V~30kv/FIB-2KV~30KV

图像分辨率:小于0.8nm实现SME-STEM模式

最大样品尺寸：75mm

辅助能力：牛津成分分析

（3） 测试设备：探针台

设备参数：

探针通道：4个探针通道

样品盘:可调节加温样品台