集成电路可靠性试验项目、方法及标准汇总
印制电路板（PCB）一直是电子封装的基本构造模块，作为各种电子元器件的载体和电路信号传输的枢纽，其质量和可靠性决定了整个电子封装的质量和可靠性。而随着电子产品的小型化、轻量化和多功能化要求，以及无铅、无卤进程的推动，对PCB可靠性的要求会越来越高，因此如何快速定位PCB可靠性问题并作相应的可靠性提升成为PCB企业的重要课题之一。
PCB生产过程中常用检测方法有哪些？
为了保证PCB板的生产质量，厂家在生产的过程中经过了多种检测方法，每种检测方法都会针对不同的PCB板的瑕疵。主要可分为电气测试法和视觉测试法两大类。
电气测试通常采用惠斯电桥测量各测试点间的阻抗特性的方法，来检测所有通导性（即开路和短路）。视觉测试通过视觉检查电子元器件的特征以及印刷线路的 特征找出缺陷。电气测试在寻找短路或断路瑕疵时比较准确，视觉测试可以更容易侦测到导体间不正确空隙的问题，并且视觉检测一般在生产过程的早期阶段进行， 尽量找出缺陷并进行返修，以保证最高的产品合格率。
PCB板常用检测方法如下：
1、PCB板人工目测
使用放大镜或校准的显微镜，利用操作人员视觉检查来确定电路板合不合格，并确定什么时候需进行校正操作，它是最传统的检测方法。它的主 要优点是低的预先成本和没有测试夹具，而它的主要缺点是人的主观误差、长期成本较高、不连续的缺陷发觉、数据收集困难等。目前由于PCB的产量增 加，PCB上导线间距与元件体积的缩小，这个方法变得越来越不可行。
2、PCB板在线测试
通过对电性能的检测找出制造缺陷以及测试模拟、数字和混合信号的元件，以保证它们符合规格，己有针床式测试仪和飞针测试仪等几种测试方 法。主要优点是每个板的测试成本低、数字与功能测试能力强、快速和彻底的短路与开路测试、编程固件、缺陷覆盖率高和易于编程等。主要缺点是，需要测试夹 具、编程与调试时间、制作夹具的成本较高，使用难度大等问题。
3、PCB板功能测试
功能系统测试是在生产线的中间阶段和末端利用专门的测试设备，对电路板的功能模块进行全面的测试，用以确认电路板的好坏。功能测试可以 说是最早的自动测试原理，它基于特定板或特定单元，可用各种设备来完成。有最终产品测试、最新实体模型和堆砌式测试等类型。功能测试通常不提供用于过程改 进的脚级和元件级诊断等深层数据，而且需要专门设备及专门设计的测试流程，编写功能测试程序复杂，因此不适用于大多数电路板生产线。
4、自动光学检测
也称为自动视觉检测，是基于光学原理，综合采用图像分析、计算机和自动控制等多种技术，对生产中遇到的缺陷进行检测和处理，是较新 的确认制造缺陷的方法。AOI通常在回流前后、电气测试之前使用，提高电气处理或功能测试阶段的合格率，此时纠正缺陷的成本远远低于最终测试之后进行的成 本，常达到十几倍。
5、自动X光检查
利用不同物质对Ｘ光的吸收率的不同，透视需要检测的部位，发现缺陷。主要用于检测超细间距和超高密度电路板以及装配工艺过程中产生 的桥接、丢片、对准不良等缺陷，还可利用其层析成像技术检测IC芯片内部缺陷。它是现时测试球栅阵列焊接质量和被遮挡的锡球的唯一方法。主要优点是能够检 测BGA焊接质量和嵌人式元件、无夹具成本；主要缺点是速度慢、高失效率、检测返工焊点困难、高成本、和长的程序开发时间，这是较新的检测方法，还有待于 进一步研究。
6、激光检测系统
它是PCB测试技术的最新发展。它利用激光束扫描印制板，收集所有测量数据，并将实际测量值与预置的合格极限值进行比较。这种技术 己经在光板上得到证实，正考虑用于装配板测试，速度己足够用于批量生产线。快速输出、不要求夹具和视觉非遮盖访问是其主要优点；初始成本高、维护和使用问 题多是其主要缺点。
7、尺寸检测
利用二次元影像测量仪，测量孔位，长宽，位置度等尺寸。由于PCB属于小薄软类型的产品，接触式的测量，很容易产生变形以致于造成测量不准确，二次元影像测量仪就成为了最佳的高精度尺寸测量仪器。思瑞测量的影像测量仪通过编程之后，能实现全自动的测量，不仅测量精度高，还大大的缩短测量时间，提高测量效率。
常见PCB可靠性问题和典型图例
可焊性不良（不润湿）
可焊性不良（不润湿）
虚焊（枕头效应）
邦定不良
分层爆板
开路（通孔）
开路（激光盲孔）
开路（线路）
开路（ICD）
短路（CAF）
短路（ECM）
烧板
而在实际可靠性问题失效分析中，同一种失效模式，其失效机理可能是复杂多样的，因此就如同查案一样，需要正确的分析思路、缜密的逻辑思维和多样化的分析手段，方能找到真正的失效原因。在此过程中，任何一个环节稍有疏忽，都有可能造成“冤假错案”。
可靠性问题的一般分析思路
背景信息收集
背景信息是可靠性问题失效分析的基础，直接影响后续所有失效分析的走向，并对最终的机理判定产生决定性影响。因此，失效分析之前，应尽可能地收集到失效背后的信息，通常包括但不仅限于：
（1）失效范围：失效批次信息和对应的失效率
①若是大批量生产中的单批次出问题，或者失效率较低时，那么工艺控制异常的可能性更大；
②若是首批/多批次均有问题，或者失效率较高时，则不可排除材料和设计因素的影响；
（2）失效前处理：失效发生前，PCB或PCBA是否经过了一系列前处理流程。常见的前处理包括回流前烘烤、有/无铅回流焊接、有/无铅波峰焊接和手工焊接等，必要时需详细了解各前处理流程所用的物料（锡膏、钢网、焊锡丝等）、设备（烙铁功率等）和参数（回流曲线、波峰焊参数、手焊温度等）信息；
（3）失效情境：PCB或PCBA失效时的具体信息，有的是在前处理比如说焊接组装过程中就已失效，比如可焊性不良、分层等；有的则是在后续的老化、测试甚至使用过程中失效，比如CAF、ECM、烧板等；需详细了解失效过程和相关参数；
失效PCB/PCBA分析
一般来说失效品的数量是有限的，甚至仅有一块，因此对于失效品的分析一定要遵循由外到内，由非破坏到破坏的逐层分析原则，切忌过早破坏失效现场：
（1）外观观察
外观观察是失效品分析的第一步，通过失效现场的外观形态并结合背景信息，有经验的失效分析工程师能够基本判断出失效的数个可能原因，并针对性地进行后续分析。但需要注意的是，外观观察的方式很多，包括目视、手持式放大镜、台式放大镜、立体显微镜和金相显微镜等。然而由于光源、成像原理和观察景深的不同，对应设备观察出的形貌需要结合设备因素综合分析，切忌贸然判断形成先入为主的主观臆测，使得失效分析进入错误的方向，浪费宝贵的失效品和分析时间。
（2）深入无损分析
有些失效单单采用外观观察，不能收集到足够的失效信息，甚至连失效点都找不到，比如分层、虚焊和内开等，这时候需借助其他无损分析手段进行进一步的信息收集，包括超声波探伤、3D X-RAY、红外热成像、短路定位探测等。
在外观观察和无损分析阶段，需注意不同失效品之间的共性或异性特征，对后续的失效判断有一定借鉴意义。在无损分析阶段收集到足够的信息后，就可以开始针对性的破坏分析了。
（3）破坏分析
失效品的破坏分析是不可少的，且是最关键的一步，往往决定着失效分析的成败。破坏分析的方法很多，常见的如扫描电镜&元素分析、水平/垂直切片、FTIR等，本节不作赘述。在此阶段，失效分析方法固然重要，但更重要的是对缺陷问题的洞察力和判断力，并对失效模式和失效机理有正确清楚的认识，方可找到真正的失效原因。
裸板PCB分析
当失效率很高时，对于裸板PCB的分析是有必要的，可作为失效原因分析的补充。当失效品分析阶段得到的失效原因是裸板PCB的某项缺陷导致了进一步的可靠性失效，那么若裸板PCB有同样的缺陷时，经过与失效品相同的处理流程后，应体现出与失效品相同的失效模式。若没有复现出相同的失效模式，那只能说明失效品的原因分析是错误的，至少是不全面的。
复现试验
当失效率很低且无法从裸板PCB分析中得到帮助时，有必要对PCB缺陷进行复现并进一步复现失效品的失效模式，使得失效分析形成闭环。
在面临着PCB可靠性失效日益增多的今天，失效分析对于设计优化、工艺改善、材料选型提供了重要的第一手信息，是可靠性增长的起点。
可靠性（Reliability）是对产品耐久力的测量，我们主要典型的IC产品的生命周期可以用一条浴缸曲线（Bathtub Curve）来表示。
如上图示意，集成电路的失效原因大致分为三个阶段：
Region (I) 被称为早夭期（Infancy period）, 这个阶段产品的失效率快速下降，造成失效的原因在于IC设计和生产过程中的缺陷；
Region (II) 被称为使用期（Useful life period）, 这个阶段产品的失效率保持稳定，失效的原因往往是随机的，比如温度变化等等；
Region (III) 被称为磨耗期（Wear-Out period） 这个阶段产品的失效率会快速升高，失效的原因就是产品的长期使用所造成的老化等。
军工级器件老化筛选
元器件寿命试验
ESD等级、Latch_up测试评价
高低温性能分析试验
集成电路微缺陷分析
封装缺陷无损检测及分析
电迁移、热载流子评价分析
根据试验等级分为如下几类：
一、使用寿命测试项目（Life test items）
EFR：早期失效等级测试（ Early fail Rate Test ）
目的：评估工艺的稳定性，加速缺陷失效率，去除由于天生原因失效的产品
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
失效机制：材料或工艺的缺陷，包括诸如氧化层缺陷，金属刻镀，离子玷污等由于生产造成的失效
参考标准：
JESD22-A108-A
EIAJED- 4701-D101
HTOL/ 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
参考数据：
125℃条件下1000小时测试通过IC可以保证持续使用4年，2000小时测试持续使用8年；150℃ 1000小时测试通过保证使用8年，2000小时保证使用28年
参考标准：
MIT-STD-883E Method 1005.8
JESD22-A108-A
EIAJED- 4701-D101
二、环境测试项目（Environmental test items）
PRE-CON：预处理测试（ Precondition Test ）
目的：模拟IC在使用之前在一定湿度，温度条件下存储的耐久力，也就是IC从生产到使用之间存储的可靠性
THB：加速式温湿度及偏压测试（Temperature Humidity Bias Test ）
目的：评估IC产品在高温，高湿，偏压条件下对湿气的抵抗能力，加速其失效进程
测试条件：85℃，85%RH, 1.1 VCC, Static bias
失效机制：电解腐蚀
参考标准：
JESD22-A101-D
EIAJED- 4701-D122
高加速温湿度及偏压测试（HAST: Highly Accelerated Stress Test ）
目的：评估IC产品在偏压下高温，高湿，高气压条件下对湿度的抵抗能力，加速其失效过程
测试条件：130℃， 85%RH, 1.1 VCC, Static bias，2.3 atm
失效机制：电离腐蚀，封装密封性
参考标准：
JESD22-A110
PCT：高压蒸煮试验 Pressure Cook Test (Autoclave Test)
目的： 评估IC产品在高温，高湿，高气压条件下对湿度的抵抗能力，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
参考标准：
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。
TCT：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
参考标准：
MIT-STD-883E Method 1010.7
JESD22-A104-A
EIAJED- 4701-B-131
TST：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
参考标准：
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
HTST：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
参考标准：
MIT-STD-883E Method 1008.2
JESD22-A103-A
EIAJED- 4701-B111
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
SHT 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（Endurance test items ）
周期耐久性测试（Endurance Cycling Test ）
目的：评估非挥发性memory器件在多次读写算后的持久性能
Test Method：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
参考标准：
MIT-STD-883E Method 1033
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
测试条件：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
失效机制：150℃
