一种集成电路电子元器件失效温度筛选装置及方法与流程

1.本发明涉及微电子可靠性试验与失效技术领域，尤其是涉及一种集成电路电子元器件失效温度筛选装置及校准方法。


背景技术：

2.集成电路电子元器件高低温试验筛选通常是依据器件的标准工作温度范围参数，分别进行低温和高温(如-40℃/80℃，-55℃/125℃等温度)的筛选，用于发现元器件常温条件下难以发生的潜在故障。电子元器件常规参数，如漏电流icc、输出高低电平vol/voh、延时tpd在温度区间内超出器件正常工作所允许的范围，即为该温度点下的功能失效。其失效机理可以用应力——强度模型解释，元器件在高低温条件下产生的应力，即“热应力”，本质上是由于不同材料热膨胀系数不一致产生的应力，当此应力超过元器件正常工作能承受的强度，就会导致部分或完全失效。在元器件正常工作所能承受的温度(即热应力)范围下，如果器件本身由于工艺或材料等方面存在缺陷，会导致器件承受应力的强度弱化，应力超出可承受的强度范围，从而出现失效现象。
3.而对于筛选出来的失效样品，如果需要进一步地进行失效分析和可靠性优化，或者按温度适应性进行筛分，就需要对失效温度点进行准确地定位，找出具体的失效温度范围。
4.传统的失效温度判定采用的方法是利用温箱控温，设定不同温度点，让元器件在其中保持一段时间(10～30min)温度稳定后测试其性能，如图2所示，使用高低温箱，需频繁打开高低温箱，然后人工逐项测试功能，测试效率低、时间长、成本高，测试时温度也存在偏差。


技术实现要素：

5.本发明提出一种集成电路电子元器件失效温度筛选装置及方法，以克服上述技术不足。
6.为达到上述技术目的，本发明提供一种集成电路电子元器件失效温度筛选装置，其包括：
7.热罩部件，所述热罩部件包括内热罩和外热罩，所述内热罩用于将集成电路电子元器件罩在一个控温封闭空间内，形成内罩区，所述外热罩同轴外套在所述内热罩外部，并与所述内热罩之间形成一环形外罩区；
8.隔热密封垫，所述内热罩和外热罩的下端均能够与所述隔热密封垫密封设置，所述隔热密封垫上设有直径与待测集成电路电子元器件尺寸配合设置的曝露孔；
9.温控装置，所述温控装置通过第一热流控温通道、第二热流控温通道分别与所述内热罩和外热罩连通设置，用于为内罩区和外罩区提供环境温度；
10.其中，所述内热罩通过一升降机构实现内罩区与外罩区的连通或密封设置。
11.本发明还提供一种集成电路电子元器件失效温度筛选方法，其包括如下步骤：
12.将隔热密封垫铺设在集成电路测试板上，并将待测集成电路电子元器件圈套在所述曝露孔内；
13.将热罩部件罩设在所述待测集成电路电子元器件上，且下端均与所述隔热密封垫密封设置；
14.运行集成电路测试板，待集成电路测试板运行稳定之后，根据失效温度的测试流程分别对内热罩、外热罩内的温度进行梯度控制，同时采集每个温度点下集成电路测试板的测试数据；在测试过程中，外热罩内的调控温度始终是内热罩当前温度的下一梯度测试温度，通过升降机构控制内热罩升起，连通内罩区与外罩区，通过热交换使内招区的温度迅速调节至与外罩区温度一致；
15.统计并分析集成电路测试板的测试数据，根据分析结果判断待测集成电路电子元器件的失效温度点。
16.与现有技术相比，本发明通过设计内热罩和外热罩形成内罩区和外罩区，且通过一升降机构带动内热罩在外热罩内做升降运动，实现内罩区与外罩区的连通或密封设置；并通过温控装置经第一热流控温通道控制内罩区的温度为测试温度，通过温控装置经第二热流控温通道控制外罩区的温度为下一梯度的测试温度；且当内热罩中完成上一个梯度温度点下的测试数据采集时，通过升降机构控制内热罩升起，连通内罩区与外罩区，通过热交换使内招区的温度迅速调节至与外罩区温度一致，从而节省待测集成电路电子元器件在失效温度筛选测试中升降温和温度稳定所需要的时间，进而提高集成电路电子元器件的失效温度筛选测试效率。另外，通过温度梯度的筛选实现迅速准确和筛选失效样品的失效温度的目的，为集成电路电子元器件进行失效分析和工作温度筛分提供便利。
附图说明
17.图1是本发明实施例所述一种集成电路电子元器件失效温度筛选装置的结构示意图；
18.图2是本发明实施例所述一种集成电路电子元器件失效温度筛选装置中热罩部件的结构示意图，其中，图2(a)为内罩区与外罩区隔绝密封的状态示意图，图2(b)为内罩区与外罩区连通的状态示意图；
19.图3是本发明实施例所述一种集成电路电子元器件失效温度筛选方法的流程框图。
具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
21.基于上述内容，本发明实施例提供一种集成电路电子元器件失效温度筛选装置，如图1所示，其包括热罩部件1、隔热密封垫2以及温控装置3。
22.其中，如图2所示，所述热罩部件1包括内热罩11和外热罩12，所述内热罩11用于将集成电路电子元器件罩在一个控温封闭空间内，形成内罩区；所述外热罩12同轴外套在所述内热罩11外部，并与所述内热罩11之间形成一环形外罩区。优选的，所述内热罩11和外热
罩12的制作材料为隔热材料。
23.如图1和图2所示，所述内热罩11和外热罩12的下端均能够与所述隔热密封垫2密封设置，所述隔热密封垫2上设有直径与待测集成电路电子元器件尺寸配合设置的曝露孔，具体的，所述曝露孔的直径大于待测集成电路电子元器件的直径，但小于内热罩11的直径，用于仅使待测集成电路电子元器件曝露在内热罩11密闭空间内。
24.所述温控装置3通过第一热流控温通道31、第二热流控温通道32分别与所述内热罩11和外热罩12连通设置，用于为内罩区和外罩区提供环境温度。同时，所述内热罩11和外热罩12内分别设置有第一温度传感器13和第二温度传感器14，所述温控装置3同时与第一温度传感器13和第二温度传感器14通信连接，用于根据第一温度传感器13和第二温度传感器14分别采集内罩区和外罩区的温度，并根据测试需要，通过第一热流控温通道31、第二热流控温通道32独立控制内罩区、外罩区内的温度。进一步的，所述第二热流控温通道32的直径大于第一热流控温通道31，或者所述第二热流控温通道32的数量大于第一热流控温通道31的数量，因此，所述外罩区的热交换气流大，温度变化速率快，而内罩区的热交换气流小，温度较为稳定。
25.如图2所示，所述内热罩11的中心轴上设有一升降机构101，所述升降机构101能够带动内热罩11在外热罩12内做升降运动，实现内罩区与外罩区的连通或密封设置。如图2(a)所示，当在进行集成电路电子元器件的失效温度筛选测试时，可以通过温控装置3经第一热流控温通道31控制内罩区的温度为测试温度，通过温控装置3经第二热流控温通道32控制外罩区的温度为下一梯度的测试温度；如图2(b)所示，当内热罩11中完成上一个梯度温度点下的测试数据采集时，通过升降机构101控制内热罩11升起，连通内罩区与外罩区，通过热交换使内招区的温度迅速调节至与外罩区温度一致，从而节省待测集成电路电子元器件在失效温度筛选测试中升降温和温度稳定所需要的时间，进而提高集成电路电子元器件的失效温度筛选测试效率。
26.基于上述集成电路电子元器件失效温度筛选装置，本发明还提供一种采用所述集成电路电子元器件失效温度筛选装置的集成电路电子元器件失效温度筛选方法，如图3所示，其包括如下步骤：
27.s1、将隔热密封垫2铺设在集成电路测试板上，并将待测集成电路电子元器件圈套在所述曝露孔内；
28.s2、将热罩部件1罩设在所述待测集成电路电子元器件上，且下端均与所述隔热密封垫2密封设置；
29.s3、运行集成电路测试板，待集成电路测试板运行稳定之后，根据失效温度的测试流程分别对内热罩11、外热罩12内的温度进行梯度控制，同时采集每个温度点下集成电路测试板的测试数据；在测试过程中，外热罩12内的调控温度始终是内热罩11当前温度的下一梯度测试温度，通过升降机构101控制内热罩11升起，连通内罩区与外罩区，通过热交换使内招区的温度迅速调节至与外罩区温度一致；
30.s4、统计并分析集成电路测试板的测试数据，根据分析结果判断待测集成电路电子元器件的失效温度点。
31.具体的，首先将将隔热密封垫2铺设在集成电路测试板上，并将待测集成电路电子元器件圈套在所述曝露孔内；然后将内热罩11和外热罩12同时罩设在所述待测集成电路电
子元器件上，且下端均与所述隔热密封垫2密封设置；接着运行集成电路测试板，待集成电路测试板运行稳定之后进行待测集成电路电子元器件的失效温度测试。
32.在开始失效温度的测试流程之前，首先调节内罩升起，设置初始温度点t0，通过外热罩12的热流控温通道控制环境温度与待测集成电路电子元器件上表面的温度一致且稳定在初始温度点t0，波动幅度不超过1k。此时，通过升降部件降下内热罩11并使内热罩11下端密封抵接在隔热密封垫2上，将待测集成电路电子元器件隔热密封在内罩空间内，并开始测试。
33.在测试过程中，根据失效温度的测试流程对内热罩11内的温度进行梯度控制，根据测试时长和测试需要，可在每个温度点连续取样m(m》3)次，保证连续n(2《n《m)次测试参数项的误差不超过1％(包括但不限于，以实际要求为准)，计算测试参数项平均值为该温度点测试值d0。
34.在内热罩11保持一个温度点进行多次测试的同时，外罩区环境温度开始向下一温度点t1升温，升温速率s
t
根据相关标准以及设备控温没能力拟定。当外罩区环境温度在t1温度点保持稳定，波动幅度不超过1k，且内罩区域完成t0温度点下的测试数据采集时，将内热罩11升起，使待测集成电路电子元器件表面温度通过热交换与外罩区域温度迅速达成一致并稳定。
35.重复上述t0温度点测试操作得到t1温度点的测试数据，以此类推，等到t2、t3……
tk温度点测试数据，根据数据判断失效温度点tf，为失效分析提供便利。
36.更优地，在上一梯度测试温度和下一梯度测试温度之间的温度范围内，对失效临界温度tf，进行细化筛选，即在tf和最接近的正常工作温度点t
p
温度范围内，以设备能准确控温的最小精度为梯度，再次重复上面的筛选温度步骤，从而得到更精确的失效温度点。通过温度梯度的筛选以及细化筛选，实现迅速准确和筛选失效样品的失效温度的目的，为集成电路电子元器件进行失效分析和工作温度筛分提供便利。
37.以工作温度在-40～80℃的芯片为例，从低温至高温，以10℃为梯度，测试每个温度点集成电路测试板的电学参数值(以输出电平v
ol
、v
oh
、漏电流i
cc
为例，实际测试包括但不限于此)，每个温度点稳定的3次数据取平均值。
38.测试时，将芯片置于集成电路测试板的夹具内，检查集成电路测试系统无误后，将隔热密封垫2铺设在集成电路测试板上，并将芯片圈套在所述曝露孔内；降下热罩部件1，与隔热密封垫2形成密闭空间。
39.运行集成电路测试板，待集成电路测试板运行稳定之后，调节升降机构101使内热罩11升起，通过温控部件经第二热流控温通道32控制热罩部件1内的温度点为-40℃，待热罩部件1内的环境温度与芯片上表面温度一致且稳定在-40℃，波动幅度不超过1℃。调节升降机构101使内热罩11降下，将芯片和夹具隔热密封在内罩区中，并开始测试-40℃下的电学参数值。
40.连续测试多次，取最后三次稳定的数据，要求电学参数值的误差不超过1％，与此同时外罩区内开始升温至-30℃，升温速率10℃/min。当外罩区环境温度在-30℃保持稳定，波动幅度不超过1℃，且内罩区域完成-40℃下的测试数据采集时，将内热罩11升起，使芯片表面温度通过热交换与外罩区域温度迅速达成一致并稳定在-30℃。
41.调节升降机构101降下内热罩11，将芯片和夹具隔热密封在内罩空间内，并温控部
件经第二热流控温通道32控制内罩区中的温度为-30℃，测试电学参数值。
42.重复上述步骤，得到-30℃、-20℃、-10℃
…
70℃、80℃下的电学参数值，根据器件标准书中规定的正常工作的参数范围，判断在个温度点结果pass或者failed，找出失效样品的具体失效温度。
43.若是失效温度需要精确到1℃以内，在设备控温精度能够满足的前提下，在失效温度临界点10℃范围内，以1℃为温度梯度，重复上述步骤，得到失效样品精确到1℃的失效温度。
44.测量整批次样品，将失效的样品按不同失效温度进行筛分，为进一步的失效分析做准备。
45.本发明所述一种集成电路电子元器件失效温度筛选方法，其利用集成电路电子元器件失效温度筛选装置进行集成电路电子元器件的失效温度筛选测试，通过温控装置3经第一热流控温通道31控制内罩区的温度为测试温度，通过温控装置3经第二热流控温通道32控制外罩区的温度为下一梯度的测试温度；当内热罩11中完成上一个梯度温度点下的测试数据采集时，通过升降机构101控制内热罩11升起，连通内罩区与外罩区，通过热交换使内招区的温度迅速调节至与外罩区温度一致，从而节省待测集成电路电子元器件在失效温度筛选测试中升降温和温度稳定所需要的时间，进而提高集成电路电子元器件的失效温度筛选测试效率。另外，通过温度梯度的筛选及细化筛选，实现迅速准确和筛选失效样品的失效温度的目的，为集成电路电子元器件进行失效分析和工作温度筛分提供便利。
46.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
47.以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。