集成电路双面老炼方案分析

前言：想要写出一篇引人入胜的文章？我们特意为您整理了集成电路双面老炼方案分析范文，希望能给你带来灵感和参考，敬请阅读。

摘要：动态老炼试验是元器件可靠性试验中极为重要的过程，通过老炼可以剔除早期失效元器件。本论文简单介绍了老炼试验的重要性、实现方式及特点，并结合提出了两种双面老炼板工艺效率改进方案，均能在不增购老炼设备的前提下将老炼效率提升80%以上，并通过实践验证了其可行性。

关键词：双面老炼板；效率提升；动态老炼

引言

元器件可靠性是指产品在规定的时间内和规定的条件下完成规定功能的能力。元器件筛选是设法在一批元器件中通过检验和试验剔除由于原材料、设备、工艺等方面潜在的不良因素所造成的有缺陷的元器件——早期失效元器件[1-3]。通过二次筛选进行质量控制是军用元器件选用中一贯采用的方式，能够有效地在源头把关，提升产品的可靠性。[4~8]老炼试验属于元器件筛选中的寿命筛选，通过在规定的时间内对元器件施加各种应力后进行筛选试验来考量元器件的可靠性，简单地说就是使元器件在一定环境温度下工作一段时间。动态老炼即模拟器件的使用状态，真实地反映使用过程的实际情况，器件在工作中可能出现的大部分失效模式，在动态老炼中均能真实反映。对于工艺制造过程中可能存在的一系列缺陷，如表面玷污、引线焊接不良、沟道漏电、硅片裂纹、氧化层缺陷、局部发热点、补充击穿等都有较好的筛选效果；对于无缺陷的元器件，老炼也可促使其电参数稳定。因此，动态老炼试验是元器件筛选试验中极为重要的一步[9-12]。动态老炼试验具有试验周期长，占用资源多的特点。因此动态老炼试验任务长期存在忙时资源不足影响任务周期、闲时设备闲置的情况。

1动态老炼试验的实现方式

目前动态老炼的主流方式是基于老炼设备来实现，老炼设备一般由温度试验箱、电源、信号驱动电路、检测电路及老炼板构成。老炼箱提供试验所需的环境应力条件；老炼板通过金手指插接到老炼箱的对应插槽中，用于电信号的传输，根据器件要求通过软件程序控制老炼板中的信号频率、幅值等特征；被检测器件置于老炼板上面的器件插座中。一般情况下，在老炼板上设计尽量多的老炼工位，能够在一定范围内提升老炼效率[13,14]。动态老炼主要用于数字器件，这种老炼方法是在被老炼器件的输入端由脉冲信号驱动，使器件不停地处于翻转状态，高温动态老炼的试验条件一般是在最高额定工作温度和最高额定工作电压下老炼168h~240h。

2双面老炼工艺方案

2.1动态老炼试验面临的问题

对于动态老炼试验，由于试验周期长，老炼设备数量直接影响到产能。增购设备虽然能够在短期满足任务需求，但是会带来占用空间大、投入产出比低、设备利用率不足等问题。

2.2双面老炼板方案的研究

考虑到动态老炼的试验要求以及试验任务量集中分布的特点，对老炼试验箱和老炼板、器件插座等工艺装备进行考察和评估，综合对空间散热等因素影响的评估，提出了双面老炼的工艺方案，即在老炼板的正、反两面均设计老炼插座，以达到老炼效率成倍增长的目的。具体实现方式有两种工艺技术方案，一种是采用定制的表贴插座，另一种是通过可靠的连接件将两块PCB板固定在一起。（1）采用定制的表贴插座通用插座均为直插封装，仅能进行单面设计，目前主流的老炼板均为单面设计，如下图1所示。定制成对镜像设计的表贴插座，采用紧固螺丝进行固定，老炼板层数翻倍，即可设计成双面老炼模式的老炼板，如下图2所示。采用这种方式能够在不增加老炼设备的基础上使原有的老炼效率提高80%～120%。采用螺丝分别固定插座的方式能够更好地保证插座连接固定的可靠性，但是定制插座成本较高，每个插座成本大约是普通插座的3～4倍，整块老炼板的价格是原老炼板的3～4倍。（2）通过连接件联通两块PCB板另一种工艺技术方案是将两块PCB板背靠背连接起来。绘制两块PCB板，采用连接件进行信号传输，通过紧固件可靠连接两块PCB板，也可以实现老炼板的双面设计，如下图3所示。采用这种方式能够在不增加老炼设备的基础上将原有的老炼效率提高80%以上，每块双面老炼的版成本是原老炼板成本的2倍左右。但是对紧固件、连接件的可靠性要求比较高，需要通过试验和实践来进一步评估。

2.3实现效果

在验证性设计的集成电路双面老炼板样品试验中，选择MAX233AEWP+进行验证，原老炼板工位为150个，采用方案一设计的双面老炼板的工位为300个，效率提升100%；采用方案二设计的双面老炼板工位为280个，效率提升86.7%。老炼板的试验验证在动态老炼设备COWWS12000平台进行，分别采用50只器件对两种方案进行验证。根据GJB548B-2005方法1015.1以及Q/WE511-2015和Q/QJB103.1A～103.15A-2010对集成电路老炼条件的规定，按照器件手册描述的器件使用电路，经过老炼板给器件供5V电源，信号输入端提供幅值为5V、频率为0.5KHz的方波，经过了10次、每次168小时、85℃的高温动态老炼试验，并持续采集记录老炼箱中温度信息及回检信号，每2个小时用示波器监测器件输出信号，并在老炼完成后采用数字集成电路测试设备J750HD对器件进行功能、参数测试，老炼前后测试结果基本稳定，如下表1所示。经过验证试验，老炼过程中信号回检正常，老炼前后的测试数据基本稳定，验证了双面老炼板功能上的可行性。

3总结和展望

本论文提出了两种双面老炼板的工艺技术方案，均在不增加老炼设备的前提下大大提高了老炼效率，同时通过实践验证了其可行性及散热需求，并初步提出了双面老炼模式的老炼板在生产应用中的管理方式。该方案可长期应用在将来的老炼板设计中，以提升实验室的生产能力，满足高峰任务时的需求。

作者：罗晶 赵鹏 王坦 单位：航天科工防御技术研究试验中心