集成电路新型加速寿命试验方法的研究

摘 要 长寿命、高可靠性集成电路是现代电子设备的发展方向，如何提高集成电路工作的稳定性、可靠性以及延长集成电路的使用寿命已成为现代微电路的研究热点。基于参数退化的加速寿命试验是验证电子设备性能指标的一种有效方法。通过加速试验，可以迅速查明失效原因，快速评定电子设备的可靠性寿命指标。本文简单提出了区别于传统意义上的可靠性加速试验，介绍了基于参数退化的集成电路加速寿命试验的原理和方法。

【关键词】集成电路 加速试验 寿命试验 可靠性试验

1 集成电路加速试验概述

随着集成电路等电子市场的竞争环境日趋激烈，在满足用户预期需求的前提下，在尽可能短时间内将产品投入市场是电子开发商抢占市场的重要举措。这无疑促使与激发了加速试验的产生与发展。

美国波音公司最早提出了可靠性加速试验的概念，最初提出的原因是为了降低产品的研发费用，提高产品的可靠性。由于加速试验的测试环境要苛刻于现实环境，因此通过加速试验，可以获得比正常条件下更多的信息。加速试验需要更高的应力，通常在加速试验中引入在正常使用中不可能发生故障模式的因素：高频率、高振动、高温、高湿度等。通过加速试验得到产品加速试验模型，分析产品的性能，找出导致产品失效的原因，为产品设计提供设计依据，提高产品可靠性和延长使用寿命。目前，加速试验已经广泛应用于各个行业，如电子、通讯、能源、工业、汽车等，更优很多知名公司例如惠普、福特等，注重加速试验的开发与研究，缩短产品研发周期，提高产品性能，提高了企业的经济效益。

2 集成电路加速寿命试验

随着科学技术的发展，高集成电路的可靠性的要求也是越来越高，使用寿命甚至大30年以上。可靠性寿命是衡量集成电路可靠性和性能质量的指标之一，所以需要准确、快速的寿命试验方法。传统寿命试验方法试验周期长，费用昂贵，在很大程度上影响了高可靠集成电路的研发周期。传统的寿命试验，是基于现实环境模拟的试验方法，通过大量的数据统计来估测集成电路的寿命，方法繁琐，操作麻烦，而且试验周期长，人为因素多。目前，加速试验技术领域已经开发新的基于模拟现场环境的试验方法，大大缩短的试验周期，对于推动加速试验领域的研究与应用具有巨大作用，对可靠性工程的发展有重要意义。本文介绍一下三种加速试验方法：HALT法（失效物理的高加速寿命试验）、RET法（可靠性强化试验）以及EDA法（基于参数退化的加速寿命试验）。

2.1 HALT法―高加速寿命试验

对集成电路的材料、元器件和工艺方法进行加速试验，确定材料、元器件和生产工艺的寿命。此种方法可以在产品使用寿命末期识别以及量化产品失效的机理。此种试验方法会根据产品的寿命来确定试验的时间，以给出产品的寿命期。此种方法并没有暴露产品的缺陷。

加速寿命试验的假设：试验产品在高应力作、短时间的应力作用下表现出与低应力、长时间的作用下的产品特征的一致性。为了缩短试验周期，试验中采用加速应力，即HALT（高加速寿命试验）。由于越来越多的使用者对于产品的使用寿命提出更高的要求，而加速寿命试验分析了产品产品失效机理的主要原因，提供了产品预期磨损机理的有效数据，因此在当今的市场上是很重要的。此试验可以给产品设计者和生产者提供有效的技术指导，全面了解产品，对于集成电路的材料、元器件和加工工艺进行改进和控制，提高产品质量和可靠性。

2.2 RET法―集成电路可靠性强化试验

RET法不同于HALF法的区别在于：RET法的目的是在HALF的基础上，逐渐增大环境应力和工作应力，来激发电路失效故障和暴露电路设计的缺点，评估产品设计的可靠性。RET方法的实施就应该在产品设计和发展的最初阶段，以便于改进和控制。

2.3 EDA法―基于参数退化的加速寿命试验方法

该方法在长寿命试验理论和算法上采用统计和动力学模型，通过敏感参数的选取和测试方法优化，实现对长寿命的快速评价。与传统加速寿命试验方法相比，该技术最大优点是试验时间短、可外推寿命、具有普适性，不需要预先建立分布模型，是一种通过数据本身的图形揭示其最佳拟合模型的分析方法，而非事先假设模型强加模型后再进行分析。

基于参数退化的加速寿命试验方法结合集成电路结构、材料、工艺及性能特点，针对影响集成电路寿命的应力及适用于加速试验的应力水平分析，研究集成电路长寿命加速试验敏感参数的选取方法，进行试验数据分析和数据外推建模，实现对长寿命失效的预估。该方法关键技术包括：长寿命加速试验敏感参数选取和采集技术；长寿命加速试验的数据模型处理与外推寿命。通过研究影响器件长寿命应力因子、加速因子、响应敏感参数，有利于快速确定有效的长寿命评价方案。

3 加速试验中应当注意的问题

由于加速试验的环境一般都要高于现场使用所预期的水平应力，可能会导致实际使用中不可能出现的失效机理，产生试验结果错误。加速试验模型是产品在正常压力水平下，施加一个或者多个加速应力水平的关键因素，导出的结果，产品要承受更强大的应力。因此，在测试产品性能时，要根据产品的承受范围（温度、湿度、压强的），在合理的条件下改变关键因素参数进行测试，查出失效机理的原因。根据失效机理消除产生失效的因素才是最主要的。

参考文献

[1]张秋菊，刘承禹.电子设备可靠性的加速试验[J].光电技术应用，2011.8，26（4）：81-85.

[2]范志锋，齐杏林，雷彬.加速可靠性试验综述[J].装备环境工程，2008，5（2）：37-40.

作者单位

集成电路测试技术北京重点实验室 北京市 100088