解析 2024 芯片行业冷热冲击试验箱试验的解决方案

一、引言

二、目的

三、实验/设备条件

（一）冷热冲击试验箱

1. 选用高性能的冷热冲击试验箱，具备以下技术参数：

• 温度范围：-70°C 至 +180°C，满足芯片可能面临的严苛温度环境。

• 温度转换速率：≤5 秒，确保快速的温度切换，以模拟真实的冲击情况。

• 温度均匀度：≤2°C，保证试验箱内不同位置的温度一致性。

• 控制系统：采用先进的可编程控制器（PLC）或计算机控制系统，实现精确的温度控制和试验参数设置。

（二）辅助测试设备

1. 数据采集系统：用于实时采集芯片在试验过程中的电性能参数，如电压、电流、电阻等。

2. 功能测试设备：对芯片进行功能测试，以验证其在冷热冲击前后的功能完整性。

3. 光学显微镜：用于观察芯片表面的物理损伤，如裂纹、分层等。

四、试验样品

（一）样品选择

1. 先进制程的逻辑芯片（如 7nm、5nm 等）。

2. 存储芯片（如 DRAM、NAND Flash 等）。

3. 射频芯片。

4. 汽车电子芯片。

（二）样品预处理

1. 在试验前，对芯片进行初始性能测试，包括电性能测试、功能测试等，并记录测试结果。

2. 对芯片进行编号，以便于识别和跟踪。

五、试验步骤

（一）安装与连接

1. 将芯片样品安装在特制的试验夹具上，确保芯片与夹具之间有良好的热传导和电气连接。

2. 将试验夹具放入冷热冲击试验箱内，并连接好数据采集系统和功能测试设备。

（二）试验参数设置

1. 设定低温温度为 -60°C，高温温度为 +150°C。

2. 设定温度停留时间：低温和高温各保持 15 分钟。

3. 设定温度转换时间：≤5 秒。

4. 设定试验循环次数：根据芯片的应用场景和质量要求，选择 500 次、1000 次或更多。

（三）试验启动

1. 启动冷热冲击试验箱，开始试验。

2. 在试验过程中，数据采集系统实时记录芯片的电性能参数，功能测试设备按照设定的时间间隔对芯片进行功能测试。

（四）试验中断与恢复

1. 若试验过程中出现设备故障或异常情况，应立即中断试验，并记录中断时的试验循环次数和芯片状态。

2. 排除故障后，根据中断情况评估是否可以恢复试验。若可以恢复，从中断时的试验循环次数继续进行试验；若无法恢复，重新进行试验。

（五）试验结束

1. 完成设定的试验循环次数后，停止试验。

2. 将芯片从试验箱中取出，放置在常温环境下恢复一段时间（通常为 24 小时）。

六、试验条件

（一）温度变化速率

（二）循环次数

（三）温度停留时间

七、实验结果/结论

（一）结果分析

1. 电性能分析：对比试验前后芯片的电性能参数，如电阻、电容、电感等，评估其变化情况。若电性能参数超出规定的公差范围，则认为芯片存在性能退化。

2. 功能测试分析：对试验后的芯片进行全面的功能测试，与初始功能测试结果进行对比。若芯片出现功能失效，则进一步分析失效原因。

3. 物理损伤分析：使用光学显微镜观察芯片表面和内部的物理损伤，如裂纹、分层、焊点脱落等。分析损伤的类型、位置和严重程度，评估其对芯片性能和可靠性的影响。

（二）结论

1. 根据试验结果，判断芯片是否通过冷热冲击试验。若芯片在试验后仍能保持良好的电性能、功能完整性，且无明显的物理损伤，则认为芯片通过试验，具备在相应温度环境下工作的可靠性。

2. 对于未通过试验的芯片，分析其失效模式和原因，提出改进措施和建议，为芯片的设计和生产工艺优化提供参考。

八、注意事项

1. 试验人员应具备相关的专业知识和技能，熟悉试验设备的操作和维护。

2. 在试验过程中，应严格遵守试验设备的操作规程和安全注意事项，确保试验人员和设备的安全。

3. 试验数据应及时、准确地记录和保存，以便后续分析和追溯。