半導(dǎo)體IC芯片的失效，一直是硬件研發(fā)與質(zhì)量部門繞不開的難題。很多工程師都遇到過這樣的情況：新品出廠全部電性檢測OK，X-RAY外觀檢查也看不出異常；產(chǎn)品在實驗室短期試跑一切正常，交付終端整機之后，經(jīng)過一段時間的使用，間歇性死機、通訊斷連、功能偶發(fā)失效問題才陸續(xù)浮現(xiàn)出來。

一、芯片早期隱性失效的根源

這類故障大多屬于芯片早期隱性失效。根源并不在于芯片裸片本身邏輯損壞，更多來自封裝層面：BGA焊球微裂紋、塑封料與基板界面分層、鍵合點殘余應(yīng)力、回流焊之后殘留的虛焊隱患。在常溫狀態(tài)下，裂紋縫隙還處于貼合狀態(tài)，電氣通路暫時維持導(dǎo)通；只有經(jīng)歷反復(fù)冷熱交變，內(nèi)部熱脹冷縮帶來交變應(yīng)力不斷累積，裂紋慢慢張開之后，失效才會顯現(xiàn)。

普通的通電檢測、X光掃描很難捕捉這類潛伏的缺陷，這也是為什么靜態(tài)檢測會出現(xiàn)漏檢的根本原因。想要在研發(fā)階段、來料階段就把這類隱患識別出來，環(huán)境應(yīng)力篩選ESS就成了很關(guān)鍵的手段，冷熱沖擊試驗就是其中一項核心的驗證項目，對應(yīng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JEDEC JESD22-A106，車規(guī)芯片還需要滿足AEC-Q100相關(guān)測試循環(huán)要求。

二、冷熱沖擊與普通高低溫循環(huán)的本質(zhì)區(qū)別

不少人會把冷熱沖擊和普通高低溫循環(huán)試驗混為一談，兩者之間其實存在本質(zhì)區(qū)別。普通可程式高低溫箱是緩慢升降溫，溫度是循序漸進(jìn)變化；冷熱沖擊試驗追求的是極速跨溫區(qū)切換，短時間內(nèi)讓芯片直接暴露在高溫與低溫兩個嚴(yán)苛環(huán)境，依靠材料熱膨脹系數(shù)的差異，人為放大內(nèi)部的剪切應(yīng)力，把潛伏在封裝內(nèi)部的微缺陷提前激發(fā)出來，讓早期失效在試驗階段就暴露。

這里要厘清一個認(rèn)知：冷熱沖擊試驗并不是用來直接模擬芯片日常使用時每一天的溫度變化，而是屬于加速應(yīng)力試驗。通過強化溫度突變的應(yīng)力，壓縮失效發(fā)生所需要的時間，以此完成可靠性的驗證與應(yīng)力篩選。它主要服務(wù)于兩件工作：新品研發(fā)階段驗證封裝方案、焊料選型、基板匹配度；部分項目用于來料批次應(yīng)力篩選，剔除一批產(chǎn)品當(dāng)中自帶工藝缺陷的個體。

三、設(shè)備選型的三個關(guān)鍵指標(biāo)

試驗結(jié)果是否有效，很大程度取決于設(shè)備本身的性能，并不是隨便一臺溫變設(shè)備就可以完成芯片冷熱沖擊驗證。很多工程師采購階段容易踩坑，只看溫度上下限，忽略了幾個關(guān)鍵指標(biāo)。

溫區(qū)切換方式：市面上冷熱沖擊試驗箱主要分為兩箱吊籃式與三箱風(fēng)道切換式兩種結(jié)構(gòu)。兩箱吊籃依靠機械吊籃帶著樣品在高低溫腔體之間移動，樣品切換速度快，但移動過程會附帶輕微振動。如果被測樣品是MEMS、精密車規(guī)IC，還需要在試驗過程外接線纜通電實時監(jiān)測電性，吊籃移動帶來的震動就有可能對試樣產(chǎn)生額外干擾。這種場景就更適合選用三箱式機型。三箱式設(shè)備樣品放置在中間測試腔全程靜止不動，依靠氣動風(fēng)門切換冷熱氣流完成沖擊；箱體預(yù)留引線孔，測試過程可以持續(xù)外接供電與信號采集。

轉(zhuǎn)換時間與樣品溫度恢復(fù)時間：行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對轉(zhuǎn)換時間有明確約束，從一個溫區(qū)切換至另一溫區(qū)，需要控制在規(guī)定時間以內(nèi)；同時要保證樣品本體可以在限定時間之內(nèi)達(dá)到目標(biāo)試驗溫度。很多低價設(shè)備空箱參數(shù)很漂亮，滿載之后溫度恢復(fù)變慢，樣品內(nèi)部達(dá)不到設(shè)定溫度，相當(dāng)于應(yīng)力沒有真正施加到芯片上。選型的時候不能只看空載參數(shù)，要結(jié)合日常測試的樣品負(fù)載情況綜合評估，樣品總體積建議不要超過工作室容積的三分之一。

控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)留存能力：芯片可靠性試驗動輒幾百上千次循環(huán)，經(jīng)常需要設(shè)備7×24小時無人值守連續(xù)運行?？刂破餍枰С肿远x編輯高溫駐留、低溫駐留、常溫駐留時長，循環(huán)次數(shù)可編程；支持?jǐn)嚯娪洃洠馔鈹嚯娀謴?fù)之后可以接續(xù)試驗；同時支持USB導(dǎo)出完整運行記錄。多重安全聯(lián)鎖保護(hù)也不可少。