什么是老化测试？

芯片Burning In测试系统是一种高度集成的测试设备，它结合了温度控制、电源控制、环境控制以及数据采集与分析等多个子系统。该系统能够在可控的条件下对芯片进行长时间的老化测试，从而有效地排查潜在问题，提高芯片的可靠性和寿命。
芯片Burning In（老化测试）测试系统是一个专门用于加速芯片老化过程，以检测芯片在长期使用中可靠性的系统。这个系统通过模拟芯片在实际使用中的工作环境和负载，对芯片进行长时间的连续运行测试，以验证芯片的性能、稳定性和可靠性。在半导体领域，这意味着让我们更接近零DPPM。在老化过程中，组件在极端操作条件下（高温和电压）进行操作。这强调了被测组件，并在客户交付之前从产品中消除了“弱”群体。··························

DPPM（Defect Parts Per Million，百万分之缺陷数）是一种衡量产品质量的指标，表示在一百万个产品中，存在缺陷的产品数量。在半导体行业和电子元器件制造业中，DPPM常被用来评估生产线的质量控制水平和产品的可靠性。

DPPM的应用范围广泛，不仅限于老化测试后的产品评估，还可以用于生产过程中的质量控制、供应链管理等环节。通过监测DPPM的变化，企业可以及时发现生产过程中的问题，并采取相应的改进措施，提高产品的整体质量和可靠性。

老化测试图

老化测试试图从电子设备可靠性的“浴缸”曲线的第一阶段排除故障，该曲线给出了电子元件的故障率与时间的关系图。

这条曲线有三个阶段：

第一阶段：婴儿死亡率/早期生命——这是一个组件出现早期故障的时期。这是由于在分子水平上缺乏对制造过程的控制。在此期间，组件的故障率很高，但随着时间的推移，故障率会降低。（蓝色曲线表示早期故障导致的故障率）
第2阶段：正常/使用寿命——这是由于随机发生的故障导致的故障率几乎恒定的时期。（以绿色曲线显示）
第3阶段：磨损/寿命终止——由于组件老化导致故障率增加的时期；这一时期标志着设备使用寿命的结束。这些故障是由于设备中的关键路径磨损造成的。（红色曲线表示老化导致的故障率）。

如下图所示，进行老化会缩短设备的总寿命，但对设备的使用寿命（第2阶段）没有影响。

Advantages:

• Delivered product has higher reliability. Fewer customer returns.（交付的产品具有更高的可靠性。客户退货更少。）
• Ability to estimate the product’s useful life period.（能够估算产品的使用寿命。）

Disadvantages:

• Higher cost (Burn-in boards degrade over time and must be replaced).（成本更高（老化板会随着时间的推移而退化，必须更换）。）
• Mechanical and EOS/ESD damage to parts.（零件的机械和EOS/ESD损坏。）
• Non-uniform distribution of stress on device (Inability to put 100% of the device under stress).（器件上的应力分布不均匀（无法使器件100%承受应力）。）
• Efficiency of Burn-in test impacted by voltage scaling and power consumption.（老化测试的效率受到电压缩放和功耗的影响。）

系统组成

1. 温度控制系统：用于控制测试环境的温度，以模拟芯片在不同温度下的工作状态。这有助于发现芯片在高温或低温环境下的性能问题。
2. 电源控制系统：为芯片提供稳定的电源供应，并可根据测试需求调整电压和电流。在Burning In测试中，电源控制系统通常会对芯片施加高于正常工作条件的电压和电流，以加速老化过程。
3. 环境控制系统：除了温度控制外，还包括湿度、气压等环境因素的控制。这有助于模拟芯片在不同环境条件下的工作性能。
4. 数据采集与分析系统：负责收集测试过程中的各项数据，如电流、电压、温度等，并进行实时分析和处理。通过数据分析，可以及时发现芯片的性能异常或潜在问题。
5. 测试座与夹具：用于固定芯片并实现与测试系统的电气连接。测试座和夹具的设计必须与被测试芯片的引脚布局相匹配，以确保测试的准确性和可靠性。

测试流程

1. 准备阶段：将待测试的芯片安装到测试座中，并连接好所有必要的电缆和接口。
2. 设置测试参数：根据测试需求设置温度、电压、电流等测试参数，并选择合适的测试模式和测试时间。
3. 开始测试：启动测试系统，开始对芯片进行长时间的连续运行测试。在测试过程中，数据采集与分析系统会实时记录并处理测试数据。
4. 数据分析与评估：测试完成后，对收集到的数据进行详细分析，评估芯片的性能、稳定性和可靠性。根据分析结果，可以判断芯片是否满足设计要求或存在潜在问题。
5. 结果反馈与处理：将测试结果反馈给芯片设计或制造部门，以便进行后续的优化和改进。对于存在问题的芯片，可以采取相应的措施进行处理，如返修、报废等。

故障检测

老化测试检测的故障通常是由于制造和封装过程中的缺陷造成的，随着电路复杂性的增加和技术规模的扩大，这些缺陷变得越来越普遍。传统的测试方法无法检测到这些类型的故障，因为它们可能处于休眠状态，需要被强调才能表现为“失败”（在老化过程中）。

老化测试期间检测到的故障的根本原因可以确定为介电故障、导体故障、金属化故障、电迁移、鼠标咬伤等。这些故障是休眠的，在设备生命周期内随机表现为设备故障。通过老化测试，我们强调设备，加速这些休眠故障表现为故障。

老化试验类型

Static Burn-in: In this we apply extreme voltages and temperatures to each device without operating or exercising the device. The advantages of static burn-in are its low cost and simplicity. A major limitation of static burn-in however, is that it exercises fewer than half the circuit nodes on a device.

Dynamic Burn-in: Also referred to as Burn-in for Stress – in this we apply various input stimuli to each device while the device is exposed to extreme temperature and voltage. The advantage of dynamic burn-in is its ability to stress more internal circuits, causing additional failure mechanisms to occur. However, dynamic burn-in is limited because it cannot completely simulate what the device would experience during actual use, so all the circuit nodes may not get stressed.

Dynamic Burn-in with test: In this we additionally monitor device outputs at different points in the burn-in process, verifying that the devices are actually being exercised. This type of burn-in is especially useful for quickly determining burn-in “fallout” as a function of time, allowing the burn-in process to be terminated at an optimal point. Another advantage of burn-in with test is the ability to detect devices that will fail under marginal conditions, but not at the normal operating point. Elimination of these devices significantly improves product quality. Dynamic burn-in with test also allows devices to be tested after the burn-in cycle, eliminating the need to transfer them to a separate tester.

静态老化：在这种情况下，我们在不操作或锻炼设备的情况下对每个设备施加极端电压和温度。静态老化的优点是成本低、简单。然而，静态老化的一个主要局限性是，它只锻炼了设备上不到一半的电路节点。

动态老化：也称为压力老化——在这种情况下，当设备暴露在极端温度和电压下时，我们对每个设备施加各种输入刺激。动态老化的优点是它能够对更多的内部电路施加应力，从而导致额外的故障机制发生。然而，动态老化是有限的，因为它不能完全模拟设备在实际使用过程中会经历什么，因此所有电路节点可能不会受到压力。

动态老化测试：在这个过程中，我们还监测老化过程中不同点的设备输出，验证设备是否真正得到了锻炼。这种类型的老化对于快速确定老化“余波”随时间的变化特别有用，可以在最佳点终止老化过程。老化测试的另一个优点是能够检测到在边缘条件下会发生故障的设备，但在正常工作点不会发生故障。消除这些设备可以显著提高产品质量。动态老化测试还允许在老化周期后对设备进行测试，从而无需将其转移到单独的测试仪。

试验流程

设备鉴定的典型测试流程：

通常，为了节省测试成本，老化测试分为多个阶段：

压力和可靠性测试

为了通过筛选提高可靠性，我们不断努力进行加速测试，以消除可能发生故障的零件，同时不缩短好零件的寿命。许多新工艺已经开发出来，可以与老化一起使用，也可以用作替代品。

• ACCELERATED ENVIRONMENT STRESS TESTS（加速环境应力试验）
  • PC – Preconditioning（预处理）
  • Autoclave or Pressure Cooker Test（高压灭菌器或压力锅测试）
  • THB – Temperature Humidity Bias（温度湿度偏差）
  • HAST – Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress（高加速温度和湿度应力）
  • uHAST – Unbiased Highly Accelerated Stress（无偏见的高加速应力）
  • Power Temperature Cycling & Thermal Shock（功率温度循环和热冲击）
  • HTSL – High Temperature Storage Life（高温储存寿命）
  • HVST – High Voltage Stress Test（高压应力测试）

• ACCELERATED LIFETIME SIMULATION TESTS（加速寿命模拟试验）
  • HTOL – High Temperature Operating Life（高温使用寿命）
  • ELFR – Early Life Failure Rate（早期失效率）
  • NVM Endurance & Data Retention（耐久性和数据保留）

• DIE FABRICATION RELIABILITY TESTS（模具制造可靠性测试）
  • Electro-migration（电迁移）
  • Time Dependent Dielectric Breakdown（随时间变化的电介质击穿）
  • Hot Carrier Injection（热载体注射）
  • Negative Bias Temperature Instability（负偏压温度不稳定性）
  • Stress Migration（压力迁移）
• ENVIRONMENTAL STRESS SCREENING（环境应力筛选）
  • Temperature Cycling（温度循环）
  • Thermal Shock（热冲击）
  • Power Cycling（动力循环）
  • Environmental Conditioning（环境调节）