IC 壽命試驗與早夭失效率評估

IC OLT and ELFR Test

隨著製程技術的持續精進,對產品的長期可靠度要求也愈發嚴苛。JEDEC、AEC、MIL 等國際規範皆將 壽命試驗 列為半導體驗證中最關鍵的項目之一,用於評估元件在真實使用情境下的壽命、早期失效率與長期可靠度。

 

壽命試驗(Operation Life Test, OLT) 是半導體元件測試中極為關鍵的一環,用於評估元件在長時間通電、高溫環境下的耐久性與失效模式。相較於一般測試項目,壽命試驗的執行更為複雜與嚴謹,尤其需搭配老化板(Burn-in Board)的精密設計與製作,以確保應力條件能準確施加於被測元件上此外,早夭失效率評估(Early Life Failure Rate, ELFR) 主要用於驗證元件在初期使用階段的可靠性,以排除製程中潛在的瑕疵與弱點,確保產品出廠後能穩定運作,降低早期失效風險。

 

閎康科技以多年半導體製程與可靠度驗證經驗,整合 老化板(Burn-in Board)設計製作、加速壽命測試、早夭失效率評估與壽命預測模型,提供最完整的一站式 OLT/ELFR 驗證方案,可協助客戶建立元件壽命模型、提升產品品質控制能力,並符合國際車規與電子產品可靠度要求。

老化板設計製作
壽命試驗最關鍵的環節:阻抗 × 散熱 × 動態訊號 × 佈線完整性

壽命試驗的準確度與可靠性高度依賴老化板的設計與製作品質,老化板必須同時兼顧訊號完整性、散熱能力、操作頻率、阻抗匹配與元件在高溫條件下的穩定性,因此其製作遠比一般測試治具更為複雜,閎康可靠度實驗室依客戶產品特性與測試條件,提供完整的設計與製作服務。


對於標準封裝或一般測試情境,可選用萬用板(Universal Board)搭配轉板以控制成本;若元件具特殊頻率、驅動方式或高功率需求,亦可提供專用客製化 Burn-in Board,以確保元件在高溫、偏壓與動態訊號條件下具備最佳運作穩定性。

 

老化板設計項目涵蓋:元件布局、訊號路徑設計、阻抗匹配策略、散熱結構規劃、高溫材料選用、Socket 評估與治具能量分布檢核,確保壽命測試過程中的穩定與再現性。

  • 圖1 萬用型老化板

  • 圖2 LC2Socket 樣本圖

加速壽命試驗
以溫度 × 電壓 × 動態訊號加速模擬元件運作壽命
圖3 IC 加速壽命試驗架構圖
加速壽命試驗是利用高溫、電壓、電流與動態訊號等加速因子,模擬元件在長期運作下可能產生的劣化行為。透過壽命加速模型,可推估元件在正常使用環境中的壽命與可靠度趨勢,並檢視其關鍵電性參數是否隨時間產生偏移。加速壽命試驗測試需要使用老化板(Burn-in board),測試溫度的考量需得考慮到使用者的環境以及晶片本身的結溫(Junction Temperature)進行設定,常見的加速壽命試驗如下述兩類:

 

1. 高溫壽命試驗(HTOL,High Temperature Operating Life Test)

利用高溫與偏壓並加入動態訊號,使元件在類似真實運作的模式下持續老化,適用於評估臨界電壓漂移、漏電行為、界面品質劣化與材質疲勞,是評估整體電路壽命的核心測試。

 

2. 早夭失效率試驗(ELFR,Early Life Failure Rate)

以高溫與偏壓加速暴露元件製程早期缺陷,用於篩除可能在初期即失效的產品。ELFR 是品質控管與車用電子量產中最重要的早夭品篩選機制,可直接反映製程穩定度與材料完整性。

 

壽命與失效率預估
Arrhenius 加速模型 × AEC-Q × FIT/MTTF × 客戶使用情境推估

壽命推估多以溫度為主要加速因子,並以 Arrhenius Model 的指數方程式作為計算基礎。透過設定適當的活化能(Activation Energy),可由加速試驗結果回推元件在實際使用溫度下的壽命,常用的壽命指標包括 FIT(Failure In Time)與 MTTF(Mean Time To Failure),可反映在高信心水準下的預期壽命,然而 FIT/MTTF 參數往往難以讓使用者直觀理解實際風險,因此產業中亦常使用「任務型壽命(Mission Profile)」方式,例如以車用電子的 10 年使用需求時間為基準,利用加速因子逆推所需的壽命測試時間,這種方式更能反映元件在真實應用中的壽命需求。

 

閎康科技透過壽命模型、加速因子驗證、失效機制比對與材料行為分析,可針對車用、伺服系統、工控設備、通訊產品與消費性電子提供完整的壽命預估服務。

 

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表1 元件老化測試機台規格

超高功率壽命試驗介紹

隨著生成式 AIHPC 與大型資料中心快速發展,AI 晶片的單顆功耗已突破傳統設計極限,邁向 800 W 甚至 1000 W 級高功率運作。在如此高電流、高熱密度的條件下,晶片的長期穩定性與可靠度,已成為影響系統效能、稼動率與營運成本的關鍵因素。

 

晶片高功率壽命試驗,即是針對 AI 處理器、加速器晶片及其封裝結構,在極高功耗運作條件下進行長時間驗證,以確保其在實際資料中心與運算應用中,仍能維持穩定、安全且可預期的表現。

 

為了因應次世代高功率應用需求所開發,提供穩定、可長時間運轉的高功率通電測試能力,協助客戶全面驗證產品在極端功耗條件下的可靠度與耐久性,特別引進超高功率壽命試驗設備MCC HPB6 (1000W)Incal Sonoma(800W),設備能力如下圖所示:

 

 

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: 超高功率壽命試驗設備能力

 

閎康科技實驗室設備能力
從老化板到壽命預估的完整 OLT/ELFR 一站式服務

閎康科技於台灣與上海均設有壽命試驗專屬實驗室,由具備半導體製程工學背景與多年可靠度經驗之工程團隊負責操作與分析,設備涵蓋多槽式老化爐、控溫 Burn-in 系統、各類 Socket 應用平台、複雜邏輯動態訊號模擬裝置,以及可支援長時間、高密度、多通道之 OLT/ELFR 並行執行之系統,以堅實的製程背景與完整的可靠度平台,提供:

  • 老化板設計製作

  • 高溫老化與加速壽命試驗

  • 早夭失效率分析

  • 電性參數前後比對

  • 壽命推估與使用風險評估

  • 車用電子任務型壽命模型

  • 完整報告與故障機制判讀

 

 

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台灣實驗室

王先生

上海實驗室

李小姐

Ext. +86-21-5079-3616 ext:7316
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