质量(Quality)和可靠性(Reliability)在某种程度上，可以说是IC产品的生活，良好的品质，长期的耐力往往是更好的IC产品的竞争力。在进行产品验证时，我们经常会遇到三个问题：验证什么、如何验证以及在哪里验证。what, how , where 的问题了。
在解决了这三个问题后，质量和可靠性得到了保证，制造商可以将大量的产品推向市场，客户可以放心地使用产品。本文简要分类和阐述了目前流行的测试方法，并努力实现抛砖引玉的作用。
质量(Quality)这是对产品性能的测量，它回答了产品是否符合规格(SPEC)要求，是否符合项性能指标；可靠性(Reliability)这是对产品耐久性的测量，它回答了产品生命周期有多长，简单地说，它能使用多长时间。所以说质量(Quality)现阶段解决问题，可靠性(Reliability)解决一段时间后的问题。了解两者的区别，我们发现，Quality解决问题的方法往往更直接。产品生产后，设计制造单位可以通过简单的测试了解产品的性能是否达到SPEC这个测试的要求是IC可由设计制造单位进行。相对而言，Reliability这个问题似乎变得非常棘手。这个产品能用多久？谁能保证今天的产品能用，明天就用？
为了解决这个问题，人们制定了各种标准，如： JESD22-A108-A、EIAJED- 4701-D101，注：JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)国际电子行业标准化组织之一电子设备工程联合委员会；EIAJED：日本电子工业协会，国际电子行业标准化组织之一。
介绍一些目前比较流行的Reliability在测试方法之前，让我们先了解一下IC产品的生命周期。IC浴缸曲线可用于产品的生命周期(Bathtub Curve)来表示。
Region (I) 被称为早逝(Infancy period)
现阶段产品 failure rate 快速下降的原因是失败IC设计生产过程中的缺陷；
Region (II) 被称为使用期(Useful life period)
现阶段产品failure rate保持稳定，故障的原因往往是随机的，如温度变化等；
Region (III) 被称为磨耗期(Wear-Out period)
在这个阶段failure rate 故障的原因是产品长期使用造成的老化。
认识了典型IC我们可以看到产品的生命周期，Reliability问题是，我们应该尽最大努力在早期早逝failure去除和估计产品的良率，预计产品的使用寿命，并找到failure特别是在IC生产、包装、储存等问题造成的故障原因。
以下是一些 IC产品可靠性等级测试项目(IC Product Level reliability test items )
1.使用寿命测试项目(Life test items)：EFR, OLT (HTOL), LTOL
①EFR:早期失效等级测试( Early fail Rate Test )
目的：评估过程的稳定性，加快缺陷失效率，去除自然原因失效的产品。
测试条件： 在特定时间内动态提升温度和电压对产品进行测试
故障机制：材料或工艺缺陷，包括氧化层缺陷、金属刻镀、离子污染等。
具体试验条件和估算结果可参照以下标准：JESD22-A108-A ;EIAJED- 4701-D101 。
②HTOL/ LTOL：高/低温操作生命期试验(High/ Low Temperature Operating Life )
目的：评估器件在超热和超电压情况下一段时间的耐久力
测试条件：125℃，1.1VCC, 动态测试
失效机制：电子迁移，氧化层破裂，相互扩散，不稳定性，离子玷污等
参考标准：
125℃1000小时测试通过IC连续使用4年，2000小时测试连续使用8年；
150℃ 1000小时测试通过保证8年，2000小时保证28年。
具体测试条件和估算结果可参考以下标准 :MIT-STD-883E Method 1005.8 ;JESD22-A108-A ;EIAJED- 4701-D101 。
二、环境测试项目(Environmental test items)
PRE-CON, THB, HAST, PCT, TCT, TST, HTST, Solderability Test, Solder Heat Test
①PRE-CON:预处理测试( Precondition Test )
目的：模拟IC在存在一定湿度和温度条件下的耐久性，即在使用前IC储存从生产到使用的可靠性。
测试流程(Test Flow)：
Step 1.超声扫描仪 SAM (Scanning Acoustic Microscopy)
Step 2： 高低温循环(Temperature cycling )
-40℃(or lower) ~ 60℃(or higher) for 5 cycles to simulate shipping conditions
Step 3：烘烤( Baking )
At minimum 125℃ for 24 hours to remove all moisture from the package
Step 4：浸泡(Soaking )
Using one of following soak conditions
-Level 1: 85℃ / 85%RH for 168 hrs (储运时间无关)
-Level 2: 85℃ / 60%RH for 168 hrs (储运时间一年左右)
-Level 3: 30℃ / 60%RH for 192 hrs (储运时间一周左右)
Step5：Reflow (回流焊)
240℃ (- 5℃) / 225℃ (-5℃) for 3 times (Pb-Sn)
245℃ (- 5℃) / 250℃ (-5℃) for 3 times (Lead-free)
* choose according the package size
Step6.超声扫描仪 SAM (Scanning Acoustic Microscopy)
BGA在回流过程中，由湿度过度膨胀引起的分层/裂纹
封装破裂，分层
具体试验条件和估算结果可参照以下标准：JESD22-A113-D;EIAJED- 4701-B101。
评价结果：八种防潮分类及车间寿命(floor life),请参阅 J-STD-020。
注：对于6级，元件必须在使用前烘烤，内回流必须在潮湿敏感的标签上限制。
提示：湿度总是困扰着电子系统背后的一个问题。潮湿是电子工业费用明显增加的原因，无论是在空气流通的热带地区还是在潮湿地区运输。由于潮湿敏感性元件使用的增加，诸如薄的密间距元件(fine-pitch device)和球栅阵列(BGA, ball grid array)，对这种失效机制的关注也增加了。因此，电子制造商必须为预防潜在灾难支付高额费用。吸收内部水分是半导体封装的大问题。当其固定到PCB在板上，快速加热回流焊会在内部形成压力。这种高速膨胀取决于不同封装结构材料的热膨胀系数(CTE)不同的速度可能会产生包装无法承受的压力。当元件暴露在回流焊接过程中升高的温度环境中时，陷入塑料表面(SMD, surface mount device)内部湿度会产生足够的蒸汽压力损伤或损坏元件。常见的故障模式包括内部分离（分层）、金线焊接损伤、芯片损伤和不会延伸到元件表面的内部裂纹。在某些极端情况下，裂纹会延伸到元件表面；严重的情况是元件的膨胀和爆裂(称为"爆米花"效益)。虽然现在在180年进行回流焊操作℃ ~200℃少量湿度是可以接受的。然而，在230℃ ~260℃在无铅工艺的范围内，任何湿度的存在都能形成足够的小爆炸（爆米花）或材料分层，导致破坏包装。在运输过程中，必须选择明智的包装材料，仔细控制组装环境，采取密封包装和放置干燥剂等措施。事实上，国外经常使用带有射频标签的湿度跟踪系统、局部控制单元和专用软件来显示包装、测试装配线、运输/操作和装配操作中的湿度控制。
②THB: 加速温湿度和偏压试验(Temperature Humidity Bias Test )
目的：评估IC产品在高温、高湿度、偏压条件下抵抗水分的能力，加速其失效过程。
测试条件：85℃，85%RH, 1.1 VCC, Static bias
故障机制：电解腐蚀
具体试验条件和估算结果可参照以下标准：JESD22-A101-D；EIAJED- 4701-D122
Leakage failure
③高加速温湿度和偏压试验(HAST: Highly Accelerated Stress Test )
目的：评估IC高温、高湿度、高压条件下产品对湿度的抵抗力，加速其失效过程。
测试条件：130℃， 85%RH, 1.1 VCC, Static bias，2.3 atm
故障机制：电离腐蚀、封装密封
具体的测试条件和估算结果可参考以下标准：JESD22-A110
Au Wire Ball Bond with Kirkendall Voiding
④PCT:高压蒸煮试验 Pressure Cook Test (Autoclave Test)
目的：评估IC产品在高温、高湿度、高压条件下对湿度的抵抗力，加速其失效过程。
测试条件：130℃， 85%RH, Static bias，15PSIG(2 atm)
失效机制：化学金属腐蚀，封装密封性具体的测试条件和估算结果可参考以下标准：JESD22-A102；EIAJED- 4701-B123
*HAST与THB的区别在于温度更高，并且考虑到压力因素，实验时间可以缩短，而PCT则不加偏压，但湿度增大。
Bond pad corrosion
⑤TCT: 高低温循环试验(Temperature Cycling Test )
目的：评估IC产品中具有不同热膨胀系数的金属之间的界面的接触良率。方法是通过循环流动的空气从高温到低温重复变化。
测试条件：
Condition B：-55℃ to 125℃
Condition C： -65℃ to 150℃
失效机制：电介质的断裂，导体和绝缘体的断裂，不同界面的分层
具体的测试条件和估算结果可参考以下标准：MIT-STD-883E Method 1010.7；JESD22-A104-A；EIAJED- 4701-B-131
Ball neck broken by die top de-lamination after Temp cycling
⑥TST: 高低温冲击试验(Thermal Shock Test )
目的：评估IC产品中具有不同热膨胀系数的金属之间的界面的接触良率。方法是通过循环流动的液体从高温到低温重复变化。
测试条件:
Condition B： - 55℃ to 125℃
Condition C：- 65℃ to 150℃
失效机制：电介质的断裂，材料的老化(如bond wires), 导体机械变形
具体的测试条件和估算结果可参考以下标准：MIT-STD-883E Method 1011.9；JESD22-B106；EIAJED- 4701-B-141
* TCT与TST的区别在于TCT偏重于package 的测试，而TST偏重于晶园的测试
Metal crack and metal shift after thermal Shock
⑦HTST: 高温储存试验(High Temperature Storage Life Test )
目的：评估IC产品在实际使用之前在高温条件下保持几年不工作条件下的生命时间。
测试条件：150℃
失效机制：化学和扩散效应，Au-Al 共金效应
具体的测试条件和估算结果可参考以下标准：MIT-STD-883E Method 1008.2；JESD22-A103-A；EIAJED- 4701-B111
Kirkendall Void
⑧可焊性试验(Solderability Test )
目的：评估IC leads在粘锡过程中的可靠度
测试方法：
Step1：蒸汽老化8 小时
Step2：浸入245℃锡盆中 5秒
失效标准(Failure Criterion)：至少95％良率
具体的测试条件和估算结果可参考以下标准：MIT-STD-883E Method 2003.7；JESD22-B102。
poor solderability of the pad surface
⑨SHT Test:焊接热量耐久测试( Solder Heat Resistivity Test )
目的：评估IC 对瞬间高温的敏感度
测试方法：侵入260℃ 锡盆中10秒
失效标准(Failure Criterion)：根据电测试结果
具体的测试条件和估算结果可参考以下标准:MIT-STD-883E Method 2003.7；EIAJED- 4701-B106。
三、耐久性测试项目(Endurancetest items )
Endurance cycling test, Data retention test
①周期耐久性测试(EnduranceCycling Test )
目的：评估非挥发性memory器件在多次读写算后的持久性能
测试方法：将数据写入memory的存储单元，在擦除数据，重复这个过程多次
测试条件：室温，或者更高，每个数据的读写次数达到100k~1000k
具体的测试条件和估算结果可参考以下标准：MIT-STD-883E Method 1033
②数据保持力测试(Data Retention Test)
目的：在重复读写之后加速非挥发性memory器件存储节点的电荷损失
测试方法：在高温条件下将数据写入memory存储单元后，多次读取验证单元中的数据
测试条件：150℃
具体的测试条件和估算结果可参考以下标准：MIT-STD-883E Method 1008.2；MIT-STD-883E Method 1033
在了解上述的IC测试方法之后，IC的设计制造商就需要根据不用IC产品的性能，用途以及需要测试的目的，选择合适的测试方法，大限度的降低IC测试的时间和成本，从而有效控制IC产品的质量和可靠度。
本文仅用于技术交流