試験分析および装備活用支援

信頼性試験サービス

寿命試験

半導体部品の不良に関するサイクルは一般的に図に示した通り、「バスタブカーブ(故障率)」を用いて表現しています。この曲線は三つの要素で構成されていますが、それは急激に故障してしまう「初期故障期(infant mortality)」、ごく稀にしか故障が発生しない安定した「偶発故障期」、そして磨耗や劣化が蓄積して故障が増加してくる「磨耗故障期」という3サイクルで分かれています。初期故障期と偶発故障期での故障は、製造工程で加わった欠陥によって発生し、欠陥のほとんどは効果的な信頼性スクリーニングで取り除くことができます。初期故障はボードやシステムアセンブリ工程、顧客の使用開始の際に流入された欠陥によって発生します。ELFRデータは不良を招く色々な不良メカニズムを含み、それぞれのメカニズムは電圧や温度、時間との関係によって不良発生に働きます。ユーザー環境への信頼性を正確に予測するためには、それぞれのメカニズムに正確な電圧と温度加速係数を適用することが重要です。キューアールティ(QRT)はELFR 試験を正しく進行するだけでなく、不良分析サービスまでも提供しています。不良率は不良の分布によって計算方法が異なり、単位もFITやPPMとなります。当該不良に対するEa(活性化エネルギー)とγV(Experimentally determined electric field constant/Thickness of stressed dielectric)は顧客から提供されたデータを使って計算しますが、やむを得ない場合はJEDECを参考にしたり、仮定した特定数値を用いて結論を導く場合もあります。
Early LifeFailure Rate Test

ELFR要約

ELFR-JEDEC
温度 バイアス(Bias) 持続時間 標本サイズ
Tj ≥ 125 °C 最大動作電圧 48 ≤ t ≤ 168 時間 JESD47参考

* 設定したいFPMレベルによって229から115,153まで設定できます。

ELFR-AEC-Q100-008
JEDEC試験は初期不良率を求める試験ですが、AEC試験は適否を判定する試験です。
グレード 0:150°Cで48時間または175°Cで24時間 標本サイズ:3LOTs(800個/LOT)
グレード 1:125°Cで48時間または150°Cで24時間
グレード 2:105°Cで48時間または125°Cで 24時間
グレード3:85°Cで48時間または105°Cで24時間
グレード 4:70°Cで48時間または90°Cで24時間

* 上記の条件中、二つ以上の条件で試験を行う。試験完了後、48時間以内に電気特性試験を行い、“否”が0個の場合当該グレードを取得します。

参考文献

  • JESD22-A108 “Temperature, Bias and Operating Life”
  • AEC-Q100-008 “Early Life Failure Rate”

初期不良を誘導するBurn-inとは違って、HTOLは製品が使用条件においてどのぐらいの寿命をもっているかその耐久性を評価するための項目で、バスタブカーブでいうと磨耗故障期に焦点を合わせた試験です。そのため、寿命試験はその結果が初期不良や初期故障期で発生した不良に影響されないように、充分に長い時間をおいて行わなければなりません。

試験時間は周辺温度(ambient Temperature)によって増加または減少することがあり、特別な要求事項がなければ中間測定や最終測定は試験停止後96時間以内に行います。中間測定は一般的に168時間(+72、-0)と504時間(+168、-0)に行います。HTOLは単純に長期的に行うburn-inと類似しているので、burn-in ovenをそのまま使用できます。HTOLによって加速される不良メカニズムとしてはTime-Dependent Dielectric Breakdown(TDDB)、electromigration、hot carrier effects、charge effects、mobile ionic contaminationなどがあります。

HTOL要約

温度 バイアス(Bias) 持続時間
Tj ≥ 125 °C 最大動作電圧 1000 時間

参考文献

  • JESD22-A108 “Temperature, Bias and Operating Life”
HTOL 장비
HTOL 装備

LTOLは製品が低温下で長期間動作する場合の信頼性を評価する試験です。この試験は試料に指定されたバイアスを印加し、指定された温度(低温)で長時間試験を行います。LTOLの概念は基本的にHOTLと同じで、実際にJEDEC -JESD22-A108には両方の試験が記述されています。HTOLと同じく、電源を印加する方法にいくつか要求事項があります。Overstressやthermal runawayが生じないようにし、当該datasheetに指定されたlimitを超えないように構成します。

試験条件は中間測定を除いて全ての時間に連続して適用されます。特別な指定がなければ、LTOL 試験の周辺温度(ambient Temperature)は Max -40℃まで設定できます。中間測定は必ず試験条件から除去して96時間内に行い、試料が当該のスペック特性に満たさなかった場合は不良と判定します。主に、高電圧と低温状態で加速されるhot carrier effectを評価する目的で行うのが一般的です。

LTOL要約

温度 バイアス(Bias) 持続時間 標本サイズ
Tj ≤ 50 °C (Maximum Ta ≤ -40 °C) 最大動作電圧 1000 時間 1Lots / 32個

参考文献

  • JESD22-A108 “Temperature, Bias and Operating Life”
LTOL 장비
LTOL 装備

不揮発性メモリ信頼性試験は、1)エンデュランス(データ書換)試験とリテンション(データ保持)試験から構成されています。

エンデュランス試験では指定された回数でライト/リードを行い、そこで「Pass」と判定されると全サンプルを半分に分けてデータ保持試験を行います。但し、エンデュランス試験の場合は書き込みパターンとライト/リードを行うportionを設計者(または信頼性担当者)が直接指定しなければなりません。データ保持試験はスペックごとに若干差がありますが、JEDECの場合はHTSLとLTOLを使用する反面、AECの場合はHTOLとHTSLを使用します。

Endurance Cycling Test
データ保持試験
HTDR LTDR
オプション1:Tj = 100°C オプション2:Tj = 125°C Ta = 25 °C
3 Lots / 39 個 3 Lots / 38 個
Cycles per NVCE(≥55°C) / 96および1000 時間 / 0 不適 Cycles per NVCE(≥55°C) / 10および100 時間 / 0 不適 Cycles per NVCE(25°C) / 500 時間 / 0 不適

参考文献

  • JESD22-A117 “Electrically Erasable Programmable ROM (EEPROM) Program/Erase Endurance and Data Retention Stress Test”
  • AEC-A100-005 ”Non-Volatile Memory Program/Erase Endurance, Data Retention, and Operational Life Test”