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MEMS器件老炼试验

作者: salmon范 编辑: 瑞凯仪器 来源: xh-studios.com 发布日期: 2021.06.09
    1、目的
    老炼试验的目的是为了筛选或剔除那些勉强合格的器件。这些器件或是本身具有固有的缺陷或者其缺陷产生于制造工艺的控制不当,这些缺陷会造成与时间和应力有关的失效。如不进行老炼试验,这些有缺陷的器件在使用条件下会出现初期致命失效或早期寿命失效。因此,筛选时用最大额定工作条件或在最大额定工作条件之上对MEMS加应力,或施加能以相等的或更高的灵敏度揭示出随时间和应力变化的失效模式的等效筛选条件。
    2、设备
    应提供适当的插座和其他安装手段,使得在规定结构中被试器件引出端有可靠的电连接安装的方式应设计成器件内部的耗热不会通过传导方式消散,只能在规定的环境温度或在该温度之上通过器件引出端和必要的电连接散热。设备应能在被试器件引出端上提供规定的偏置,并且若有规定时,还应监测输入激励或输出响应。电源和电流调节电阻器应至少能在整个试验过程中,只要其电源电压、环境温度等条件的变化在常规范围内,均能保持规定的工作条件。试验设备最好应安排成使器件只出现自然对流冷却。试验条件导致明显的功率耗散时,试验设备应设置成使每个器件产生近似平均的功率耗散,而不管器件是单独试验还是成组试验。试验电路不必补偿单个器件特性的正常变化,但是应设置得使一组中的某个器件失效和出现异常时(即开路、短路等)不致对该组中其他器件的试验效果产生不良影响。
    3、程序

    MEMS器件应按规定时间和温度进行规定条件的老炼筛选试验。若无其他规定,在表1确定的等效时间和温度下进行。表1中对不同器件等级规定的温度——时间组合关系均可作为试验条件。试验前确定的试验条件(时间和温度)应予以记录并贯穿整个试验过程。老炼前和老炼后测量应按规定进行。

不同器件等级规定的温度——时间对应关系

    3.1试验条件
    3.1.1试验温度
    老炼试验环境温度应至少为125℃,承制方可以增加试验温度,并按表1减少相应的试验时间。因为在正常情况下芯片温将明显地高于环境温度,所以应设计成使试验和工作时的最高额定芯片温度不超过规定值。规定的试验温度是在高温烤箱中工作区域内所有器件受到的最低环境温度。为了保证这一条件的实现,可对高温烤箱的内部结构、负荷、控制或监测仪器的放置位置、空气或高温烤箱内其他气体的流动或液体媒质等各方面作必要的调整。在校准时,应使高温烤箱处于满负荷但不加功率的状态,调节指示器的传感器探头位置,使其位于高温烤箱内工作区域的最低温度处。
    3.1.1大功率 MEMS器件的试验温度
    不管器件的功率大小,所有器件都应能在其最大额定工作温度下进行老炼或寿命试验。对于采用环境温度TA表示最高工作温度的器件,试验温度按表1的规定。对于采用外壳温度Tc表示其最高工作温度的器件,如果环境温度会引起芯片温度超过200℃,老炼和寿命试验时的环境工作温度可从125℃减少到某-一个温度值而无需改变试验时间。应能证明在该环境温度下芯片在175℃到200℃之间,Tc等于或大于125℃。应有一组数据表明减小环境温度的合理性。
    3.1.1.2多芯片模块器件的试验温度
    应按表1的规定确定老炼时的环境温度或壳温。但按壳温老炼时至少应采用对该器件确定的最高工作壳温(Tc)。器件老炼时应采用详细规范中规定的最高工作温度和负载条件。由于在正常情况下,壳温和芯片温度明显高于环境温度,应该改进结构,使温度不要超过详细规范中规定的最高额定芯片温度和聚合材料固化温度。若未规定最高结温,则取为175℃。不应采用加速老炼试验。试验时高温烤箱中所有器件的环境温度或壳温的最低值不得小于规定的试验温度。为了保证这一条件的实现, 可对高温烤箱的内部结构、负荷、控制或监测仪器的放置位置,高温烤箱内空气或其他气体的流动或液体媒质等各方面作必要的调整。
    3.2测量
    当有规定时,或制造厂自愿时,应在施加老炼试验条件前进行老炼前测试。老炼后测试应在器件移出规定老炼试验条件后(即撤除加温或去除偏置)的96h内完成。测试应包括全部25℃参数测试和作为中间(老炼后)测试的一部分而规定了变化量极限的全部参数。当采用时,应根据这些测试确定参数的变化量极限是否超过了允许的范围。无论对于常规老炼试验或加
速老炼试验,如果不能在96h内完成这些测试,那么在作老炼后的测试之前器件应按原先的老炼条件和原来采用的温度至少再作老炼。
    3.2.1老炼后的冷却
    去除偏置前,所有器件应冷却到与室温下器件加功率时处于稳定情况下的温度之间差别不超过10℃。为了把器件转移到与作老炼试验的工作室不在一处的冷却位置而中断偏置不超过lmin,不应看作去除了偏置(在冷却位置处加的偏置应与老炼时的偏置相同)。在重新加热器件之前应完成全部25℃的参数测试。
    3.2.2试验装置监测
    应在试验开始和结束时,在试验温度下监测试验装置,从而证实全部器件已按规定要求施加应力。以下是至少应进行的监测程序:
    a.器件插座
    在开始使用插座时和以后至多每隔六个月(每六个月一-次或在六个月期间未使用,则使用前都应检查每块试验板或试验座,以验证连接点的连续性,从而保证能把偏置电压和信号加到每个插座上。试验板上用于稳定被试器件工作的电容器和电阻器也应按此方式验证,以确信它们能起到其应起的作用(即不应出现开路或短路)。除了这种最初的和定期性的验证外,不必在每次试验时逐个检查器件或器件插座,但在使用每块试验板前应采用随机抽样技术,这就可以保证与被试器件电连接的正确性和连续性。
    b.试验板或试验座的连接件
    将器件装入试验板、插入高温烤箱并升温到温度至少为125℃(若小于125℃,则为规定试验温度)的高温烤箱后,应至少在每块试验板或试验座的--个位置上验证要求的试验信号,从而保证在采用的试验布局中所使用的每条连线或接插件均已正确施加了规定的应力并具有连续性。为进行这种验证允许打开高温烤箱不超过10min。
    c.在试验过程结束时,使器件降低温度和撤除试验条件前,应重复上述b条关于信号的验证过程。
    若在规定进行的试验时间内的某段时间出现了导致必要的试验应力未能加到器件上去的失效或接触开路时,应延长试验时间以保证实际受应力作用的时间满足规定的最少总试验时间要求。若在老炼的最后8h 内,在温度未变的情况下,偏置中断的总时间超过了10rain,就要求从最后一.次偏置中断时刻算起,至少再作8h不中断的老炼。
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