力电热多场耦合作用下微电子产品可靠性测试平台制造技术

本发明专利技术公开了一种力电热多场耦合作用下微电子产品可靠性测试平台，属于微电子产品可靠性测试与评估设备技术领域。该测试平台由温度控制系统，电流加载系统，信号测试及采集系统和实验箱组成。温度控制系统控制冷却系统和加热器调整实验箱内的温度；电流加载系统对待测微电子产品施加电流载荷；信号测试及采集系统测试和采集待测微电子产品的电流、电压、电阻和温度信号并存储。测试平台的运行操作由计算机统一控制。低温制冷系统经制冷管道与实验箱连接。实验箱由箱体、保温层、观察窗、加热器、风机和样品支持系统组成，样品支持系统由样品托架，测试板、引线转连接接口构成。本发明专利技术可以实现微电子产品在多场耦合条件下的可靠性测试及寿命预测。

Reliability test platform for microelectronic products under thermal electric field coupling

The invention discloses a microelectronic product reliability testing platform under the action of force electric field coupling, belonging to the technical field of the reliability testing and evaluation equipment of microelectronic products. The test platform consists of temperature control system, current loading system, signal test and acquisition system and experiment box. The temperature control system of controlled cooling system and heater temperature adjustment experiment box; current loading system with micrometer electronic products applied current load; signal testing and current acquisition system, testing and collecting measured microelectronic products voltage, resistance and temperature signals and stored. The operation of the test platform is controlled by the computer. The low temperature refrigeration system is connected with the experimental box through the refrigeration pipeline. The experimental box is composed of a box body, a heat insulating layer, an observation window, a heater, a blower and a sample supporting system. The sample supporting system is composed of a sample bracket, a test board and a lead wire connecting interface. The invention can realize the reliability test and the life prediction of the microelectronic product under the multi field coupling condition.

【技术实现步骤摘要】
力电热多场耦合作用下微电子产品可靠性测试平台
本专利技术涉及微电子产品可靠性测试与评估设备
，具体涉及一种力电热多场耦合作用下微电子产品可靠性测试平台。
技术介绍
在现代微电子工业中，互连体制造技术通常都是将互连电路物理沉积或化学粘接在半导体材料或高聚物介电材料基板上，在这些物理或化学工艺过程中，制备的互连体电路材料中通常受到基体的强约束效应而产生很高的工艺残余应力；此外，当电流通过焊点引起温度变化时，由于焊料与基板材料热膨胀系数的不同会导致在焊点中产生很强的热应力；因此微电子产品在长期使用过程中要同时受到力和电的耦合作用。在力电热多场耦合作用下，温度和应力场会加快电迁移等电致损伤的发生，同时电流作用也会促进材料中缺陷的形成和材料的弱化，进而加速产品在应力场下的失效过程。因此，力电耦合作用下微电子产品的服役，不能视做应力和电流两种效应的简单迭加，而是存在着复杂的关联与耦合效果。目前对于微电子产品在力、热、电单场条件下的可靠性评估和寿命预测均有较系统的测试方法、标准与装备，但对于力、热、电多场耦合条件下微电子产品的可靠性测试与评估尚缺乏相应的测试技术，更没有相关的测试装备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种力电热多场耦合作用下微电子产品可靠性测试平台，该测试平台为力、热、电多场耦合条件下对微电子产品的可靠性测试与评估的测试装备。本专利技术的技术方案是：一种力电热多场耦合作用下微电子产品可靠性测试平台，包括实验箱、控制柜、温度控制系统、加热器、冷却系统、信号测试及采集系统、电流加载系统和样品支持系统；温度控制系统、信号测试及采集系统、电流加载系统和冷却系统设置于控制柜内；其中：所述加热器设置于实验箱内部下侧，所述冷却系统经制冷管道接入实验箱内部，所述温度控制系统与所述加热器和冷却系统相连接，用于根据预先设定的温度值控制所述加热器及冷却系统的工作状态。所述样品支持系统置于实验箱内部，包括样品托架和测试板，测试板包括母板和子板；所述母板插接固定于样品托架上的专用接口内，母板上设置若干插槽，子板分别插接于母板上的各个插槽内，测试样品与子板电连接。所述电流加载系统通过测试板上的子板与测试样品电连接，用于对待测微电子产品施加电流载荷。所述信号测试及采集系统通过测试板上的子板与测试样品电连接，用于测试和采集待测微电子产品的电流、电压、电阻和温度信号，采用多通道数字采集方式进行数据测量及存储，存储的数据传输到计算机中存储以待后续分析和处理，且可根据阻抗变化实现样品失效报警；测试平台的温度控制、电流加载和信号测试均由计算机统一控制。所述实验箱内部上侧安装温度传感器（热电偶），温度传感器与所述温度控制系统相连，用于将测得的实验箱内部的温度传递给所述温度控制系统。所述样品托架包括底板、热管、散热片和专用接口；样品托架底板采用不锈钢或石英玻璃制成，底板上设有热管和散热片用于对测试样品散热，底板一面上的一侧设置专用接口。所述实验箱包括箱体外壳、保温层、支架以及能够打开和关闭的箱门，保温层在外壳内侧用于维持实验箱内部温度，支架置于实验箱中部用于放置样品支持系统，箱门上设置透明观察窗。所述实验箱侧壁设置信号转接板，测试时输入的电流载荷和输出的测试信号均经由信号转接板转接，并通过导线接入控制柜内的相应装置。所述实验箱内顶部设置风机，用于循环实验箱内空气，保持实验箱内温度的分布均衡。上述测试平台工作温度范围为-50~200℃，升温速度10~50℃/分钟，降温速度10~50℃/分钟，温度循环周期15~120分钟，测试电流密度为1×103~9.9×104A/cm2。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术填补了力电热多场耦合条件下微电子产品可靠性测试和评估装备的空白。2、本专利技术测试温度范围和测试电流密度范围大，适用范围广，可适用于焊球阵列封装(BGA)、芯片尺寸封装(CSP)、圆片级封装(WLP)、三维封装(3D)和系统封装(SIP)等各种封装结构微电子产品的可靠性测试和评估。3、本专利技术样品安装方便、操作简单，自动化程度较高。附图说明图1为本专利技术力电热多场耦合作用下微电子产品可靠性测试平台的结构示意图。图2为本专利技术测试平台中样品托架的结构示意图。图3为本专利技术测试平台中测试板结构示意图。图4为实施例1中的CSP互连封装结构产品电阻随测试时间变化曲线。图5为实施例1中的CSP互连封装结构产品服役寿命的韦伯分析曲线。图6为实施例1中的CSP互连封装结构产品最大允许电流随工作温度变化曲线（服役寿命＞10万小时）。图7为实施例2中Cu柱互连封装结构产品服役寿命的韦伯分析曲线。图中：1-实验箱；2-控制柜；3-温度控制系统；4-电流加载系统；5-信号测试及采集系统；6-温度传感器；7-冷却系统；8-加热器；9-制冷管道；10-透明观察窗；11-风机；12-信号转接板；13-样品支持系统；14底板；15-母板；16-热管；17-散热片；18-专用接口；19-插槽；20-支架。具体实施方式下面结合附图及实施例详述本专利技术。如图1所示，本专利技术力电热多场耦合作用下微电子产品可靠性测试平台包括实验箱（1）、控制柜（2）、温度控制系统（3）、加热器（8）、冷却系统（7）、信号测试及采集系统（5）、电流加载系统（4）和样品支持系统（13）；温度控制系统（3）、信号测试及采集系统（5）、电流加载系统（4）和冷却系统（7）设置于控制柜（2）内。所述加热器（8）设置于实验箱（1）内部下侧，所述冷却系统（7）经制冷管道（9）接入实验箱（1）内部，所述温度控制系统（3）与所述加热器（8）和冷却系统（7）相连接，实验箱（1）内部上侧安装温度传感器（热电偶）（6），温度传感器（6）与所述温度控制系统（3）相连，用于将测得的实验箱（1）内部的温度传递给所述温度控制系统（3）。所述样品支持系统（13）置于实验箱（1）内部，包括样品托架和测试板，测试板包括母板（15）和子板；所述母板（15）插接固定于样品托架上的专用接口（18）内，母板（15）上设置若干插槽（19），子板分别插接于母板（15）上的各个插槽（19）内，测试样品与子板电连接。所述电流加载系统（4）通过测试板上的子板与测试样品电连接，用于对待测微电子产品施加电流载荷；所述信号测试及采集系统（5）通过测试板上的子板与测试样品电连接，用于测试和采集待测微电子产品的电流、电压、电阻和温度信号，采用多通道数字采集方式进行数据测量及存储，存储的数据传输到计算机中存储以待后续分析和处理，且可根据阻抗变化实现样品失效报警；测试平台的温度控制、电流加载和信号测试均由计算机统一控制。所述样品托架包括底板（14）、热管（16）、散热片（17）和专用接口（18）；样品托架底板（14）采用不锈钢或石英玻璃制成，底板（14）上设有若干热管（16），底板（14）的一面上的一侧设置专用接口（18）用于插接母板（15），专用接口（18）与母板（15）插入的一端相配合；底板的另一面上设置若干散热片（17）用于对测试样品散热。所述实验箱（1）包括箱体外壳、保温层、支架（20）以及能够打开和关闭的箱门，保温层在外壳内侧用于维持实验箱（1）内部温度，支架（20）置于实验箱（1）中部用于放置样品支持系统（13），箱门上设置透明观察窗（10）。实验箱（1）侧壁上装有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种力电热多场耦合作用下微电子产品可靠性测试平台，其特征在于：所述测试平台工作温度范围为‑50～200℃，升温速度10～50℃/分钟，降温速度10～50℃/分钟，温度循环周期15～120分钟，测试电流密度为1×10

【技术特征摘要】
1.一种力电热多场耦合作用下微电子产品可靠性测试平台，其特征在于：所述测试平台工作温度范围为-50～200℃，升温速度10～50℃/分钟，降温速度10～50℃/分钟，温度循环周期15～120分钟，测试电流密度为1×103～9.9×104A/cm2；该测试平台包括实验箱(1)、控制柜(2)、温度控制系统(3)、加热器(8)、冷却系统(7)、信号测试及采集系统(5)、电流加载系统(4)和样品支持系统(13)；温度控制系统(3)、信号测试及采集系统(5)、电流加载系统(4)和冷却系统(7)设置于控制柜(2)内；其中：所述加热器(8)设置于实验箱(1)内部下侧，所述冷却系统(7)经制冷管道(9)接入实验箱(1)内部，所述温度控制系统(3)与所述加热器(8)和冷却系统(7)相连接，用于根据预先设定的温度值控制所述加热器(8)及冷却系统(7)的工作状态；所述样品支持系统(13)置于实验箱(1)内部，包括样品托架和测试板，测试板包括母板(15)和子板；所述母板(15)插接固定于样品托架上的专用接口(18)内，母板(15)上设置若干插槽(19)，子板分别插接于母板(15)上的各个插槽(19)内，测试样品与子板电连接；所述样品托架包括底板(14)、热管(16)、散热片(17)和专用接口(18)；样品托架底板(14)采用不锈钢或石英玻璃制成，底板(14)上设有热管(16)和散热片(17)用于对测试样...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔学顺，郭敬东，祝清省，刘志权，吴迪，张磊，曹丽华，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21