一种超低温和电流耦合条件下的集成电路可靠性测试方法技术

本发明专利技术公开一种超低温和电流耦合条件下的集成电路可靠性测试方法，属于集成电路测试领域。首先根据集成电路互连结构和应用环境设置不同的电流和极端温度；其次将集成电路板卡接入导线并置于可控超低温环境中；然后对集成电路施加大电流，形成温度和电流耦合的物理场；接着监测测试过程中的电流和电阻变化；最后对出现异常的电路进行失效分析。本发明专利技术可以模拟深空中电子元器件在温度和电流物理场共同作用的工作环境，具有成本低、可操作性强等优点，能够进一步重现集成电路失效现象，确定失效模式，分析失效机理，提高可靠性。提高可靠性。提高可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种超低温和电流耦合条件下的集成电路可靠性测试方法


[0001]本专利技术涉及集成电路测试
，特别涉及一种超低温和电流耦合条件下的集成电路可靠性测试方法。

技术介绍

[0002]随着我国在深空探测领域的研究进展，对应用于空间环境的电子设备可靠性要求越来越高。相较于地球轨道航天器，深空探测器将遭受更加严酷复杂的空间环境，比如极端温度(极低温、热循环)环境、超高真空环境、原子氧侵蚀环境、粒子辐射环境等。这些苛刻的服役环境容易对电子设备中的器件产生很大的影响，电子元器件中的互连结构是失效的薄弱环节，互连结构在温度影响下，其界面会发生化合物生长、孔洞缺陷等现象。其中，极低温条件下由于互连结构的热膨胀系数差别很大，极易产生裂纹，导致失效。与此同时，在电流条件下，互连结构的电子迁移同时也会引发多种故障。
[0003]目前，常用的电子产品的工作温度一般在
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65℃～200℃范围内，因此有关的测试和可靠性评价都在此范围内，关于低温条件下的电路动态测试研究较少。传统的压缩机冷却系统功率、噪音大且成本较高，大多数商用的冷却箱只能达到
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100℃。因此，亟需一种应用于超低温和电流耦合条件下的集成电路可靠性测试方法，以发掘故障点，找到薄弱环节，是提高可靠性、降低失效风险的有效途径。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种超低温和电流耦合条件下的集成电路可靠性测试方法，以解决
技术介绍
中的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种超低温和电流耦合条件下的集成电路可靠性测试方法，包括：
[0006]根据集成电路互连结构和应用环境设置不同的电流和极端温度；
[0007]将集成电路板卡接入导线并置于可控超低温环境中；
[0008]对集成电路施加大电流，形成温度和电流耦合的物理场；
[0009]监测测试过程中的电流和电阻变化；
[0010]对出现异常的电路进行失效分析。
[0011]在一种实施方式中，所述集成电路包括PCB和基板，基板设计为22个独立焊盘，焊盘连接着焊点，每两个焊点中间在PCB内部相连。
[0012]在一种实施方式中，所述集成电路互连结构针对金属的凸点结构，凸点包含SnPb/Cu，SAC/Cu，SnAg/Cu不同成分和结构，所设置的电流不小于1
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104A/cm2。
[0013]在一种实施方式中，所述可控超低温环境为自行设计，使用液氮为冷却条件的测试、控温系统，达到
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100℃～
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196℃的超低温条件。
[0014]在一种实施方式中，所述可控超低温环境包含上下两个超低温箱、以及中间一个温度传感装置；在液氮冷却条件下，使用可控温度发热体控制温度在
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196℃～
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100℃之间，
对集成电路板卡在此温度范围内进行极低温测试。
[0015]本专利技术提供的一种超低温和电流耦合条件下的集成电路可靠性测试方法，可以模拟深空中电子元器件在温度和电流物理场共同作用的工作环境，具有成本低、可操作性强等优点，能够进一步重现集成电路失效现象，确定失效模式，分析失效机理，提高可靠性。
附图说明
[0016]图1为本实施例中的基板设计图；
[0017]图2为本实施例中的PCB设计图；
[0018]图3为本专利技术提供的集成电路互连结构示意图；
[0019]图4为本专利技术提供的集成电路可靠性测试方法的流程图；
[0020]图5为本专利技术实施例提供的集成电路互连结构扫描电子显微镜形貌示意图；
[0021]图6为本专利技术实施例提供的集成电路互连结构在极低温通电后的微观形貌示意图。
具体实施方式
[0022]以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的一种超低温和电流耦合条件下的集成电路可靠性测试方法作进一步详细说明。根据下面说明，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。
[0023]本专利技术提供一种超低温和电流耦合条件下的集成电路可靠性测试方法，不单独针对某个方面，而是整体的可靠性测试方法。在本专利技术中为了针对宇航器件在极端环境下的服役行为，其测试条件为
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100℃～
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196℃，可以满足深空中电子元器件在极低温下的工作条件，在此环境下互连焊点易发生晶体结构转变，导致孔洞等缺陷产生，提供器件真实考核环境。本专利技术并不是静态的低温存储测试，而是在满足极低温的条件下，对集成电路板卡进行通电，在电流状态下，集成电路的失效现象和失效模式有所不同，高密度电流会带来极性效应和拥挤效应，加速板卡失效，此内容同样是为真实工况下的测试条件。
[0024](1)集成电路互连结构设计制造。根据测试条件，首先设计了PCB和基板结构。值得注意的是，在本专利技术中，互连结构的目的是为了验证极低温实验装置中，极低温和电流耦合下的实验可行性。基板设计为22个独立焊盘，焊盘连接着焊点，每两个焊点中间在PCB内部相连，如图1、图2所示。本实施例中所示的PCB和基板为自行设计。所用焊点互连结构为Cu/SnPb/Cu，Cu/SnAgCu/Cu两种结构，如图3所示，互连焊点的制备过程使用普通植球、回流焊接工艺。
[0025](2)集成电路互连结构和应用环境设置不同的电流和极端温度。首先进行电流设计，通过焊点的电流在一定的通电时间内需能够产生裂纹、孔洞等缺陷。本实施例中设计的焊点直径为1000μm，通过计算，所采用电流为7.825A，电流密度为1
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104cm2/A，在此电流下焊点在电子风的作用下易产生电迁移效应，使得焊点变化观察更为显著。
[0026](3)液氮的理论温度最低可达到
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196℃，在自行搭建的控温系统下，通过调节发热功率，热电偶等传感器实时监测腔体内的温度，从而可以实现
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100～
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196℃中任意温度的控制。将整个集成电路互连结构置于低温装置内，调节好设置的电压电流，观察电流稳定后
的电阻。设置低温装置为
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196℃(液氮可达到的极限理论温度)，通电观察300h，在通电时间内如果出现电阻的明显变化，则停止实验；停止实验后对失效的样品进行失效分析。整个低温实验测试验证过程如图4所示。
[0027](4)对集成电路互连结构通电前和通电后的样品进行观察，如图5、图6所示。制备好的互连结构可以看出从上到下依次为Cu/Ti/Ni基板，金属间化合物，SnPb/SAC/SnAg焊料，金属间化合物，Cu/Ni/Ti焊盘。如a)通电前所示，低温实验开始之前可以观察到焊接结构完整，金属间化合物厚度较低，无明显的裂纹孔洞等缺陷。互连结构经过极低温和电流加载条件后，界面化合物微观形貌变化，如b)通电前所示。在极低温和电流耦合应力场下，由于应力左右，出现裂纹萌生扩展现象。在上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超低温和电流耦合条件下的集成电路可靠性测试方法，其特征在于，包括：根据集成电路互连结构和应用环境设置不同的电流和极端温度；将集成电路板卡接入导线并置于可控超低温环境中；对集成电路施加大电流，形成温度和电流耦合的物理场；监测测试过程中的电流和电阻变化；对出现异常的电路进行失效分析。2.如权利要求1所述的超低温和电流耦合条件下的集成电路可靠性测试方法，其特征在于，所述集成电路包括PCB和基板，基板设计为22个独立焊盘，焊盘连接着焊点，每两个焊点中间在PCB内部相连。3.如权利要求2所述的超低温和电流耦合条件下的集成电路可靠性测试方法，其特征在于，所述集成电路互连结构针对金属的凸点结构，凸点包含SnPb/Cu，SAC/Cu，SnAg/Cu不同成分...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟智超，王世楠，万永康，何静，虞勇坚，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十八研究所，
类型：发明
国别省市：