시험분석 및 장비활용지원

신뢰성 시험 서비스

수명시험

반도체부품 불량에 대한 시간분포는 일반적으로, 그림과 같은 “욕조(bathtub)” 곡선으로 표현됩니다. 이 곡선은 서로 다른 세가지 요소로 구성되는데, 급격히 감소하는 “infant mortality”와 안정적이고 실용적인 수명부분 (즉, 불량률이 계속 감소하거나 아주 일정한 부분), 그리고 마모(wear-out)특성을 나타내면서 불량률이 증가하는 구간으로 나뉩니다. Infant mortality와 실용적 수명기간의 불량은 보통 제조공정상 결함으로 유발되며, 이런 결함의 대부분은 효과적인 신뢰성 screen 작업으로 제거할 수 있습니다. 초기수명불량은 보드나 시스템 assembly 공정, 고객의 초기사용 시점 등에 유입된 결함 때문에 발생합니다. ELFR 데이터는 불량을 초래하는 여러 가지 불량메커니즘을 포함하며, 각 메커니즘은 전압과 온도, 시간의 관계에 따라 불량에 작용합니다. 사용자 환경에 대한 신뢰성을 정확히 예측하기 위해서, 각각의 메커니즘에 정확한 전압과 온도 가속계수를 적용하는 것이 중요합니다. 큐알티는 ELFR 시험을 올바르게 진행할 뿐 아니라, 불량분석서비스까지 제공하고 있습니다. 불량률은 불량 분포에 따라 계산방식이 다르고, FIT 나 PPM 단위로 보여집니다. 해당 불량에 대한 Ea(활성화 에너지)와 γV (Experimentally determinede electric field constant/Thickness of stressed dielectric)를 고객이 직접 제공하여 계산하지만, 부득이한 경우 JEDEC을 참고하거나 특정 수치로 가정해서 결론을 도출합니다.
Early LifeFailure Rate Test

Summary of ELFR

ELFR-JEDEC
Temperature Bias Duration Sample Size
Tj ≥ 125 °C Maximum Operating Voltage 48 ≤ t ≤ 168 hrs Refer to JESD47

* 원하는 FPM 수준에 따라 적게는 229에서 115,153까지 설정합니다.

ELFR-AEC-Q100-008
JEDEC시험은 초기 불량률을 구하는 것이지만 AEC 시험은 pass/fail 판정시험임.
Grade 0: 48 hours at 150 °C or 24 hours at 175 °C sample Size : 3Lots (800 units/lot)
Grade 1: 48 hours at 125 °C or 24 hours at 150 °C
Grade 2: 48 hours at 105 °C or 24 hours at 125 °C
Grade 3: 48 hours at 85 °C or 24 hours at 105 °C
Grade 4: 48 hours at 70 °C or 24 hours at 90 °C

* 위 조건 중 한 가지 이상으로 시험한다. 시험 완료 후, 48시간 이내에 전기특성시험을 해서 fail이 0개 인 경우 해당 grade를 획득합니다.

Reference Documents

  • JESD22-A108 “Temperature, Bias and Operating Life”
  • AEC-Q100-008 “Early Life Failure Rate”

초기 불량을 유도하는 Burn-in과 달리 HTOL은 제품이 사용조건에서 어느 정도의 수명을 갖는지 평가하기 위한 항목이기 때문에, wear-out failure에 초점을 둔 시험입니다. 따라서 수명시험은 그 결과가 초기불량이나 infant mortality구간에서 발생한 것에 영향을 받지 않도록, 충분히 긴 시간을 두고 진행해야 합니다.
시험시간은 주변온도 (ambient Temperature)에 따라서 증가하거나 감소할 수 있고, 특별한 요구사항이 없는 경우, 중간측정이나 최종측정은 시험정지 후 96시간 이내에 진행해야 합니다. 중간 측정 시점은 일반적으로 168 h (+72, -0)와 504 h (+168, -0) 에 진행합니다. HTOL는 단순히 오랫동안 진행하는 burn-in과 유사하기 때문에 burn-in oven을 그대로 사용할 수 있습니다. HTOL로 가속되는 불량메커니즘은 Time-Dependent Dielectric Breakdown (TDDB), electromigration, hot carrier effects, charge effects, mobile ionic contamination 등이 있습니다.

Summary of HTOL

Temperature Bias Duration
Tj ≥ 125 °C Maximum Operating Voltage 1000 hours

Reference Documents

  • JESD22-A108 “Temperature, Bias and Operating Life”
HTOL 장비
HTOL Equipment

LTOL은, 제품이 저온에서 장시간 동작할 때 어떤 신뢰성을 보이는지 평가하는 시험입니다. 본 시험은 시료에 규정된 bias를 인가하고 규정된 온도(저온)에서 장시간 시험합니다. LTOL의 개념은 기본적으로 HOTL과 동일하고, 실제로 JEDEC -JESD22-A108 에 두 가지 시험이 모두 기술되어 있습니다. HTOL과 마찬가지로 전원을 인가하는 방법에 몇가지 요구사항이 있습니다. Overstress나 thermal runaway가 발생하지 않도록 해야하고, 해당 datasheet에 규정된 limit을 초과하지 않도록 구성합니다.
시험조건은 중간측정을 제외한 모든 시간동안 연속해서 적용됩니다. 특별히 규정된 경우 외, LTOL 시험의 주변온도(ambient Temperature)는 Max -40 ℃까지 설정 가능합니다. 중간측정은 반드시 시험조건에서 제거한 후 96시간 내에 실시해야 하며, 시료가 해당 spec 특성을 만족하지 못한다면 불량으로 판정합니다. 주로 고전압과 저온상태에서 가속되는 hot carrier effect를 평가하는 목적으로 진행하는 것이 일반적입니다.

Summary of LTOL

Temperature Bias Duration Sample Size
Tj ≤ 50 °C (Maximum Ta ≤ -40 °C) Maximum Operating Voltage 1000 hours 1Lots / 32units

Reference Documents

  • JESD22-A108 “Temperature, Bias and Operating Life”
LTOL 장비
LTOL Equipment
Non-Volatile Memory Endurance & Retention test란, 1) Endurance Test (쓰기/지우기 반복시험)와 2) Data Retention Test (데이터 유지시험)으로 구성됩니다.
Endurance test에서 규정된 횟수 만큼 쓰기, 지우기를 한 후 “Pass”로 판정되면 전체샘플을 반으로 나누어 Retention test하게 되는데, Endurance Test의 경우 써넣을 pattern과 쓰기/지우기 시험할 portion을 설계자(또는 신뢰성담당자)가 직접 지정해야 합니다. Retention Test 는 스펙마다 약간의 차이가 있는데, JEDEC의 경우 HTSL과 LTOL을 사용하는 반면, AEC의 경우 HTOL과 HTSL을 사용합니다.
Endurance Cycling Test
Data Retention Test
HTDR LTDR
Option 1: Tj = 100 °C Option 2: Tj = 125 °C Ta = 25 °C
3 Lots / 39 units 3 Lots / 38 units
Cycles per NVCE(≥55 °C) / 96 and 1000 hrs / 0 Fail Cycles per NVCE(≥55 °C) / 10 and 100 hrs / 0 Fail Cycles per NVCE(25 °C) / 500 hrs / 0 Fail

Reference Documents

  • JESD22-A117 “Electrically Erasable Programmable ROM (EEPROM) Program/Erase Endurance and Data Retention Stress Test”
  • AEC-A100-005 ”Non-Volatile Memory Program/Erase Endurance, Data Retention, and Operational Life Test”