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AEC-Q100-基于积体电路应力测试认证的失效机理

作者:江志宏

说明: 随着汽车电子技术的进步,今天的汽车里都有很多繁複的数据管理控制系统,并透过许多各自独立的电路,来传递每个模组间所需要的讯号,汽车内部的系统就好比电脑网路的「主从架构」,在主体控制单元与每个周边模组中,车用电子零件分为三大类别,包含IC、离散半导体、被动元件三大类别,为了确保这些汽车电子零组件符合汽车安全的最高标准,美国汽车电子协会(AEC,Automotive Electronics Council )係以主动零件[微控制器与积体电路..等]为标的所设计出的一套标准 [AEC-Q100]、针对被动元件设计为[[AEC-Q200],其规范了被动零件所必须达成的产品品质与可靠度,AEC-Q100为AEC组织所制订的车用可靠性测试标准,为3C、IC厂商打进国际车用大厂模组的重要入场卷,也是提高台湾IC可靠性品质的重要技术,此外,目前国际大厂已经通过车用安全性标准(ISO-26262),而AEC-Q100则为通过该标准的基本要求。

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AEC规范免费下载网页:http://www.aecouncil.com/AECDocuments.html

零件工作温度等级定义:

说明:待测品如不通电环境下,待测品本身不会发热,其热源只是吸收试验炉内的空气热,而待测品如果有通电发热时,其试验炉内有风循环的话,会将待测品本身热量带走,风速每增加1米,其热量就会减少10%左右。假设要模拟室内无空调环境下电子产品的温度特性,若使用烤箱或恆温恆湿机模拟35℃,虽然试验区透过电热与冷冻可以控制环境在35℃内,但烤箱与恆温恆湿机的风循环会将待测品的热量带走,使待测品实际上的温度低于真正无风状态下的温度。所以必须使用无风速的自然对流试验机才能有效的模拟实际无风环境(如:室内、无启动时的汽车驾驶舱、仪器机箱、户外防水盒..等环境)。

要求:

该规范的目的是建立一个标准,用以描述基于一套最低认证要求的积体电路工作温度等级,为了达到零缺陷的目标,需要完成零缺陷项目的基本内容都可以在AEC-Q004查到

0等级:环境工作温度范围-40℃~150℃
1等级:环境工作温度范围-40℃~125℃
2等级:环境工作温度范围-40℃~105℃
3等级:环境工作温度范围-40℃~85℃
4等级:环境工作温度范围0℃~70℃

要求通过AECQ-100的车用电子零配件哉要列表:

车用一次性记忆体、电源降压稳压器、车用光电耦合器、三轴加速规感测器、视讯解码器、整流器、环境光感测器、非易失性铁电存储器、电源管理IC、嵌入式快闪记忆体、DC/DC稳压器、车规网路通讯设备、液晶驱动IC、单电源差动放大器、电容接近式开关、高亮度LED驱动器、非同步切换器、600V IC、GPS IC、ADAS高级驾驶员辅助系统晶片、GNSS接收器、GNSS前端放大器..等。

专有名词整理:

简称 中文 英文 说明
AEC 美国汽车电子协会 Automotive Electronic Council 由车厂[克莱斯勒(Chrysler)、福特(Ford)、通用汽车(GM)]发起并创立于1994年,目前会员遍及全球各大汽车厂、汽车电子与半导体厂商。
AEC-Q001 零件平均测试指导原则    
AEC-Q002 统计式良品率分析的指导原则    
AEC-Q003 晶片产品的电性表现特性化的指导原则    
AEC-Q100 基于积体电路应力测试认证的失效机理   规范了零件供应商所必须达成的产品品质与可靠度,试验条件多仍以JEDEC或MIL-STD为主,外加上其他独立建置的测试手法。
AEC-Q100-001 邦线切应力测试    
AEC-Q100-002 人体模式静电放电测试    
AEC-Q100-003 机械模式静电放电测试    
AEC-Q100-004 积体电路闩锁效应测试    
AEC-Q100-005 可写可擦除的永久性记忆的耐久性、资料保持及工作寿命的测试    
AEC-Q100-006 热电效应引起的寄生闸极漏电流测试    
AEC-Q100-007 故障彷真和测试等级    
AEC-Q100-008 早期寿命失效率(ELFR)    
AEC-Q100-009 电分配评估    
AEC-Q100-010 锡球剪切测试    
AEC-Q100-011 带电器件模式的静电放电测试    
AEC-Q100-012 12V系统灵敏功率设备的短路可靠性描述    
AEC-Q101 汽车级半导体分立器件应力测试认证    
AEC-Q200 无源器件应力测试标准    
AEC-Q200-001 阻燃测试    
AEC-Q200-002 人体模式静电放电测试    
AEC-Q200-003 横樑负载、断裂强度    
AEC-Q200-004 自恢复保险丝测量程式    
AEC-Q200-005 板弯曲度测试    
AEC-Q200-006 表面贴装后的剪切强度测试    
AEC-Q200-007 电涌测试    
DPM 百万缺陷数 defect per million 半导体元件的缺陷率
HRCF 高可靠性认证流程 High Reliability Certified Flow  
ISO-26262 车辆机能安全    
PPAP 生产零件批准程序 Production Parts Approval Process  
SAE J1752 积成电路辐射测量程序    
MIL-STD-883 微电子测试方式和程序    
JEDEC JESD-22 装气件可靠性测试方法    
EIA/JESD78 积成电路闭锁效应测试    
ST 应力测试 stress testing  
UL 94 器件和器具塑料材质零件的易燃性测试    
Zero Defect 零缺陷    

AEC-Q100车用IC产品验证流程图:

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AEC-Q100类别与测试:

说明:AEC-Q100规范7大类别共41项的测试
群组A-加速环境应力测试(ACCELERATED ENVIRONMENT STRESS TESTS)共6项测试,包含:PC、THB、HAST、AC、UHST、TH、TC、PTC、HTSL
群组B-加速生命週期模拟测试(ACCELERATED LIFETIME SIMULATION TESTS)共3项测试,包含:HTOL、ELFR、EDR
群组C-封装组装完整性测试(PACKAGE ASSEMBLY INTEGRITY TESTS)共6项测试,包含:WBS、WBP、SD、PD、SBS、LI
群组D-晶片製造可靠性测试(DIE FABRICATION RELIABILITY TESTS)共5项测试,包含:EM、TDDB、HCI、NBTI、SM
群组E-电性验证测试(ELECTRICAL VERIFICATION TESTS)共11项测试,包含:TEST、FG、HBM/MM、CDM、LU、ED、CHAR、GL、EMC、SC、SER
群组F-缺陷筛选测试(DEFECT SCREENING TESTS)共11项测试,包含:PAT、SBA
群组G-腔封装完整性测试(CAVITY PACKAGE INTEGRITY TESTS)共8项测试,包含:MS、VFV、CA、GFL、DROP、LT、DS、IWV

测试项目简称说明:

AC:压力锅
CA:恆加速
CDM:静电放电带电器件模式
CHAR:特性描述
DROP:包装跌落
DS:晶片剪切试验
ED:电分配
EDR:非易失效储存耐久性、数据保持性、工作寿命
ELFR:早期寿命失效率
EM:电迁移
EMC:电磁兼容
FG:故障等级
GFL:粗/细气漏测试
GL:热电效应引起闸极漏电
HBM:静电放电人体模式
HTSL:高温储存寿命
HTOL:高温工作寿命
HCL:热载流子注入效应
IWV:内部吸湿测试
LI:引脚完整性
LT:盖板扭力测试
LU:闩锁效应
MM:静电放电机械模式
MS:机械冲击
NBTI:富偏压温度不稳定性
PAT:过程平均测试
PC:预处理
PD:物理尺寸
PTC:功率温度循环
SBA:统计式良率分析
SBS:锡球剪切
SC:短路特性描述
SD:可焊性
SER:软误差率
SM:应力迁移
TC:温度循环
TDDB:时经介质击穿
TEST:应力测试前后功能参数
TH:无偏压湿热
THB、HAST:有施加偏压的温湿度或高加速应力试验
UHST:无偏压的高加速应力试验
VFV:随机振动
WBS:焊线剪切
WBP:焊线拉力

温湿度试验条件整理:

THB(有施加偏压的温湿度,依据JESD22 A101):85℃/85%R.H./1000h/bias
HAST(高加速应力试验,依据JESD22 A110):130℃/85%R.H./96h/bias、110℃/85%R.H./264h/bias

AC压力锅,依据JEDS22-A102:121℃/100%R.H./96h
UHST无偏压的高加速应力试验,依据JEDS22-A118,设备:HAST-S):110℃/85%R.H./264h
TH无偏压湿热,依据JEDS22-A101,设备:THS):85℃/85%R.H./1000h

TC(温度循环,依据JEDS22-A104,设备:TSK、TC):
等级0:-50℃←→150℃/2000cycles
等级1:-50℃←→150℃/1000cycles
等级2:-50℃←→150℃/500cycles
等级3:-50℃←→125℃/500cycles
等级4:-10℃←→105℃/500cycles

PTC(功率温度循环,依据JEDS22-A105,设备:TSK):
等级0:-40℃←→150℃/1000cycles
等级1:-65℃←→125℃/1000cycles
等级2~4:-65℃←→105℃/500cycles

HTSL(高温储存寿命,JEDS22-A103,设备:OVEN):
塑料封装零件: 等级0:150℃/2000h
等级1:150℃/1000h
等级2~4:125℃/1000h or 150℃/5000h
陶瓷封装零件:200℃/72h

HTOL(高温工作寿命,JEDS22-A108,设备:OVEN):
等级0:150℃/1000h
等级1:150℃/408h or 125℃/1000h
等级2:125℃/408h or 105℃/1000h
等级3:105℃/408h or 85℃/1000h
等级4:90℃/408h or 70℃/1000h

ELFR(早期寿命失效率,AEC-Q100-008):通过这项应力测试的器件可以用在其他应力测试上,通用数据可以使用,ELFR前后的测试在是温和高温条件下进行。

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