개요
Maxim은 지속적인 불량률 확인을 위해 양산에서 출하된 소자를 선별하여 신뢰성을 모니터링한다. 핵심 웨이퍼 팹과 어셈블리 공정의 신뢰성은 신뢰성 모니터 프로그램(RMP)을 통해 가속 조건에서 모니터링된다. 샘플 사이즈는 다양하지만 일반적으로 제품군별로 200개 이상 소자가 다양한 환경 스트레스로 세분화된다. RMP 결과는 이 보고서에서 분기별로 업데이트된다.
RMP를 통해 발견된 모든 불량은 검증을 거쳐 불량 원인에 대한 분석이 수행된다. 이러한 분석 결과는 발견된 불량 원인을 제거하기 위한 시정 조치 수립에 이용된다.
공정 신뢰성 섹션에는 IC 제품 및 동작 수명 스트레스에 대해 이전 분기 동안 수집된 히스토리 데이터가 제공되며, 데이터는 설계 기술을 기준으로 구성된다.
패키지 신뢰성 섹션에서는 직전 분기와 그 이전 분기 동안의 어셈블리/패키지 스트레스가 요약되어 있다.
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프리컨디셔닝 (Preconditioning)
프리컨디셔닝 스트레스는 포스트 어셈블리 환경이 소자의 신뢰성에 미치는 영향을 모니터링하는 데 사용된다. 모든 프리컨디셔닝 스트레스는 J-STD-020에 따라 수행되며, 습도에 민감하다고 판단되는 모든 패키지 유형을 모니터링하는 데 사용된다. 현재 이러한 패키지 유형에는 CSBGA, LQFP, MCMBGA, MQFP, PBGA, PLCC, Power Cap Base, SOIC, SOT, SSOP, TQFP, TSOC, TSSOP, TSOP, µSOP가 포함된다. 이 스트레스는 로트를 여러 개의 스트레스 그룹으로 나누기 전에 베이크(bake), 수분 침투 및 2회 또는 3회 통과하는 대류 리플로우(convection reflow)로 구성된다. 프리컨디셔닝 전후에는 초음파 테스트가 수행되어 패키지에서 크랙과 다이 표면 층 박리를 찾아낸다.
동작 수명
이 스트레스는 상승된 온도와 최대 동작 전압에서 일반적인 소자 성능을 시뮬레이트한 다음 온도와 전압, 시간 간의 관계를 이용하여 이러한 가속 조건에서 얻은 불량률을 사용 조건으로 디레이팅(derating)한다. 소자에 스트레스가 인가되는 챔버는 가속 스트레스를 인가하는 동안 사용되는 온도에 견딜 수 있는 오븐으로 구성된다. 소자는 회로의 동적 실행을 제공하도록 프로그래밍된 수명 테스트 보드를 통해 바이어스된다. 이러한 가속 조건에 따라 초기 수명(infant life)과 장기 수명(long term life)에서 소자의 성능을 판단하기 위해 소자는 여러 검사 포인트(read point)에서 전기적으로 테스트된다. 소자는 모든 검사 포인트에서 스트레스의 유형과 상관 없이 전체 전압과 온도 범위에 걸쳐 모든 데이터 시트 규격을 만족해야 한다. 동작 수명 테스트는 집적 회로에서만 수행된다. 일반적인 조건은 1000시간 동안 125°C, 5.5V 또는 6.0V이다.
온도가 상승되는 불량 메커니즘에 대한 가속 계수(acceleration factor)를 측정하기 위해서는 Arrhenius 모델이 사용된다.
AfT = exp((Ea/k)*(1/Tu - 1/Ts)) = tu/ts
AfT = 온도로 인한 가속 계수
tu = 사용 온도 시간 (예: 55°C)
ts = 스트레스 온도 시간 (예: 125°C)
k = 볼츠만 상수 (8.617 x 10-5 eV/°K)
Tu = 사용 온도 (°K)
Ts = 스트레스 온도 (°K)
Ea = 활성화 에너지 (예: 0.7 ev)
불량 메커니즘의 활성화 에너지는 내부 연구 또는 업계에서 인정되는 표준에서 가져오거나, 실제 불량 메커니즘 또는 활성화 에너지를 모를 때는 0.7ev의 활성화 에너지가 사용된다. 이것이 기존의 업계 표준 방식이다. 모든 디레이팅은 스트레스 주변 온도에서부터 사용 주변 온도까지 수행된다.
전압이 상승되는 불량 메커니즘에 대한 가속 계수를 측정하기 위해서는 지수 모델(exponential model)이 사용된다..
AfV = exp(B*(Vs - Vu))
AfV = 전압으로 인한 가속 계수
Vs = 스트레스 전압 (예: 7.0V)
Vu = 최대 동작 전압 (예: 5.5V)
B = 불량 메커니즘 유형과 관련된 상수 (예: 1.0, 2.4, 2.7 등)
불량 메커니즘과 관련된 상수 B는 내부 연구 또는 업계에서 인정되는 표준에서 가져오거나, 실제 불량 메커니즘 또는 상수 B를 모를 때는 제로(0)가 상수 B로 사용된다. 모든 디레이팅은 스트레스 전압에서부터 최대 동작 전압까지 수행된다. 동작 수명 테스트에서 얻은 불량률 데이터는 60% 또는 90% 신뢰 수준(Cf)에서 카이 제곱 (Chi-Squared) 통계 모델을 사용하여 보고된다.
저장 수명
이 스트레스의 목적은 저장 조건에 따라 제품의 에이징을 가속화하는 데 있으며, 텔레콤, EPROM 및 EEPROM 집적 회로에 이용된다. 일반적인 조건은 바이어스를 인가하지 않고 150°C에서 1000시간이다. 스트레스 챔버는 고온의 저장 조건에서 견딜 수 있는 오븐이다. 일부 배터리 충전식 모듈의 경우 초기에는 프리컨디셔닝 스트레스(48시간)로, 그러나 리튬 배터리의 열 제한으로 인해 온도가 감소되어 85°C에서 저장 수명이 결정된다. 다른 배터리 충전식 제품은 70°C 또는 85°C 온도에서 1000시간의 저장 수명을 갖는다. 소자는 시간의 경과에 따른 제품의 성능을 평가하기 위해 여러 검사 포인트에서 전기적으로 테스트된다.
온도 사이클
이 스트레스의 목적은 소자가 일반적으로 사용 조건의 영향을 받는 파워 업/파워 다운 시퀀스로 인한 온도 변화 조건을 시뮬레이트하는 데 있다. 이 스트레스는 패키지 재료와 다이-패키지 관계에서 열 특성의 부정합과 관련된 설계의 취약성을 드러낸다. 일반적인 조건은 제품에 따라 다르다. 집적 회로의 경우 1000사이클 동안 -55°C ~ +125°C(바이어스 없음)가 일반적인 스트레스이다. 열 전이(Thermal transition)와 흡수 시간(soak time)은 MIL-STD-883, Method 1010, Condition B를 준수한다. 모듈 또는 기타 배터리 충전식 제품에서 스트레스 범위는 0°C ~ +70°C 또는 -40°C ~ +85°C (바이어스 없음) 범위로 감소된다. 소자는 각 검사 포인트에서 전체 데이터 시트 규격에 대해 전기적으로 테스트된다.
온도/습도 바이어스 (THB)
이 스트레스의 목적은 높은 온도/습도 환경에서의 제품 성능을 측정하기 위한 것이다. 제품의 전체 수명에 걸친 필드 조건을 시뮬레이트하기 위해 업계에서 인정되는 표준 스트레스 테스트가 개발되었다. 이러한 표준 스트레스는 96시간 동안 130°C/85% 상대 습도 (HAST) 또는 1000시간 동안 85°C/85% 상대 습도이다. 두 스트레스는 모두 최대 교류 바이어스로 수행되며, 이 때 전압은 3.5/5.5V 및 0.0V이다. 이는 전기화학적 부식 가능성을 제공한다. 소자는 내부 열을 감소시키고 이후 내부 습도를 낮추기 위해 최저 전력 소모 방식으로 구성된다. 이 스트레스는 캡슐화된 (encapsulated) 소자의 무결성과 집적 회로의 부식을 방지하는 표면 보호막(surface passivation)의 품질을 검사하며, 모듈 및 집적 회로에 모두 이용된다. 기타 배터리 충전식 제품은 외부 바이어스 없이 60°C 및 90% 상대 습도로 구성되는 수분 침투의 적용을 받는다. 오토클레이브 테스팅은 바이어스 없이 96시간 동안 121°C 및 2 대기압으로 구성되며 집적 회로에서 수행된다. 소자는 모든 검사 포인트에서 전기적으로 테스트된다.
쓰기 사이클/데이터 유지
쓰기 사이클 및 데이터 유지 스트레스는 EEProm 소자에서 수행되고, EProm 소자에서는 데이터 유지만 수행된다. 쓰기 사이클 스트레스는 전체 매트릭스에 0과 1의 교대 쓰기로 구성되며, 이것이 1사이클로 정의된다. 스트레스는 소자 규격에 따라 25°C, 70°C 또는 85°C에서 수행될 수 있다. 사이클의 수는 다양하고, 스트레스와 마찬가지로 소자 규격에 의해 결정되지만, 일반적으로 25K 사이클과 50K 사이클 사이이다. 마지막 사이클을 마치면 소자는 교차 (격자 무늬) 패턴으로 쓰여진 다음, 1000시간 동안 150°C의 저장 수명 조건으로 데이터 유지 테스트를 받는다. 이 스트레스의 각 검사 포인트 후에 기능성과 데이터 패턴이 검증된다.
EPROM 소자는 쓰기 사이클 스트레스를 받지는 않지만, 위에서 설명된 대로 교차 패턴으로 쓰여진 다음 데이터 유지 테스트를 거친다.
패키지 무결성
패키지 무결성 테스팅의 목적은 현재 인증된 규격에 따라 패키지 테스트를 수행하여 Maxim의 어셈블리 공급업체의 입고 품질(incoming quality)을 검증하는 데 있다. 모듈의 물리적 치수 및 솔더러빌리티(Solderability), 그리고 표면 실장 패키지의 초음파 검사가 RMP의 일부로 수행 및 보고된다. 입고 품질 제어(Incoming Quality Control)를 통해 집적 회로에 대한 리드 무결성(lead integrity), 솔더러빌리티(solderability), X-ray 검사, X-선 형광분석 (X-ray fluorescence) 및 외부 육안 검사를 매주 수행한다. 이러한 IQC 모니터에는 매주 입고되는 제품에 대한 어셈블리 사이트 별로 모든 패키지 유형이 포함된다.
초음파 테스팅은 패키지 보이드(package void), 내장 인터페이스 분리, 크랙을 검사할 수 있는 수 있는 미세 기법이다. 이러한 시험은 모두 비파괴로 수행할 수 있다. 이 검사에서 내부 크랙 또는 다이 표면 층 박리는 허용되지 않는다.
솔더러빌리티는 MIL-STD-883, Method 2003에 따라 테스트된다. 3개의 샘플 사이즈 유닛에 모든 리드를 담그면, 3개 소자에서 24리드가 검사된다. R형 Flux가 사용되고 합격 기준은 95% 범위이다. 모듈의 경우 RMA형 Flux가 사용되며 합격 기준은 90% 범위이다.
리드 무결성은 JEDEC JESD22 - B105에 따라 테스트된다. 6개의 샘플 사이즈 유닛에 24리드가 테스트되고, 플라스틱 DIP 및 SOIC에는 15bend가 사용된다.
X-ray 검사는 MIL-STD-883, Method 2012에 따라 수행된다. 제품의 윗면 및 측면 X-ray 화상이 필름에 기록된다.
도금 두께와 조성을 검증하기 위해 X-선 형광분석이 수행된다.
외부 육안 검사는 정확한 마킹과 외장 패키키 무결성을 검사하기 위해 내부 DSC 규격(27-03510-000)에 따라 수행된다.
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