MEMS器件老煉試驗(yàn)
作者：
salmon范
編輯：
瑞凱儀器
來源：
litaoweb.cn
發(fā)布日期： 2021.06.09
1、目的
老煉試驗(yàn)的目的是為了篩選或剔除那些勉強(qiáng)合格的器件。這些器件或是本身具有固有的缺陷或者其缺陷產(chǎn)生于制造工藝的控制不當(dāng)，這些缺陷會(huì)造成與時(shí)間和應(yīng)力有關(guān)的失效。如不進(jìn)行老煉試驗(yàn)，這些有缺陷的器件在使用條件下會(huì)出現(xiàn)初期致命失效或早期壽命失效。因此，篩選時(shí)用額定工作條件或在額定工作條件之上對(duì)MEMS加應(yīng)力，或施加能以相等的或更高的靈敏度揭示出隨時(shí)間和應(yīng)力變化的失效模式的等效篩選條件。
2、設(shè)備
應(yīng)提供適當(dāng)?shù)牟遄推渌惭b手段，使得在規(guī)定結(jié)構(gòu)中被試器件引出端有可靠的電連接安裝的方式應(yīng)設(shè)計(jì)成器件內(nèi)部的耗熱不會(huì)通過傳導(dǎo)方式消散，只能在規(guī)定的環(huán)境溫度或在該溫度之上通過器件引出端和必要的電連接散熱。設(shè)備應(yīng)能在被試器件引出端上提供規(guī)定的偏置，并且若有規(guī)定時(shí)，還應(yīng)監(jiān)測(cè)輸入激勵(lì)或輸出響應(yīng)。電源和電流調(diào)節(jié)電阻器應(yīng)至少能在整個(gè)試驗(yàn)過程中，只要其電源電壓、環(huán)境溫度等條件的變化在常規(guī)范圍內(nèi)，均能保持規(guī)定的工作條件。試驗(yàn)設(shè)備好應(yīng)安排成使器件只出現(xiàn)自然對(duì)流冷卻。試驗(yàn)條件導(dǎo)致明顯的功率耗散時(shí)，試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)設(shè)置成使每個(gè)器件產(chǎn)生近似平均的功率耗散，而不管器件是單獨(dú)試驗(yàn)還是成組試驗(yàn)。試驗(yàn)電路不必補(bǔ)償單個(gè)器件特性的正常變化，但是應(yīng)設(shè)置得使一組中的某個(gè)器件失效和出現(xiàn)異常時(shí)(即開路、短路等)不致對(duì)該組中其他器件的試驗(yàn)效果產(chǎn)生不良影響。
3、程序
MEMS器件應(yīng)按規(guī)定時(shí)間和溫度進(jìn)行規(guī)定條件的老煉篩選試驗(yàn)。若無其他規(guī)定,在表1確定的等效時(shí)間和溫度下進(jìn)行。表1中對(duì)不同器件等級(jí)規(guī)定的溫度——時(shí)間組合關(guān)系均可作為試驗(yàn)條件。試驗(yàn)前確定的試驗(yàn)條件(時(shí)間和溫度)應(yīng)予以記錄并貫穿整個(gè)試驗(yàn)過程。老煉前和老煉后測(cè)量應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行。
3.1試驗(yàn)條件
3.1.1試驗(yàn)溫度
老煉試驗(yàn)環(huán)境溫度應(yīng)至少為125℃，承制方可以增加試驗(yàn)溫度,并按表1減少相應(yīng)的試驗(yàn)時(shí)間。因?yàn)樵谡Ｇ闆r下芯片溫將明顯地高于環(huán)境溫度，所以應(yīng)設(shè)計(jì)成使試驗(yàn)和工作時(shí)的額定芯片溫度不超過規(guī)定值。規(guī)定的試驗(yàn)溫度是在高溫烤箱中工作區(qū)域內(nèi)所有器件受到的環(huán)境溫度。為了保證這一條件的實(shí)現(xiàn)，可對(duì)高溫烤箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、負(fù)荷、控制或監(jiān)測(cè)儀器的放置位置、空氣或高溫烤箱內(nèi)其他氣體的流動(dòng)或液體媒質(zhì)等各方面作必要的調(diào)整。在校準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)使高溫烤箱處于滿負(fù)荷但不加功率的狀態(tài)，調(diào)節(jié)指示器的傳感器探頭位置，使其位于高溫烤箱內(nèi)工作區(qū)域的溫度處。
3.1.1大功率 MEMS器件的試驗(yàn)溫度
不管器件的功率大小，所有器件都應(yīng)能在其額定工作溫度下進(jìn)行老煉或壽命試驗(yàn)。對(duì)于采用環(huán)境溫度TA表示工作溫度的器件，試驗(yàn)溫度按表1的規(guī)定。對(duì)于采用外殼溫度Tc表示其工作溫度的器件，如果環(huán)境溫度會(huì)引起芯片溫度超過200℃,老煉和壽命試驗(yàn)時(shí)的環(huán)境工作溫度可從125℃減少到某-一個(gè)溫度值而無需改變?cè)囼?yàn)時(shí)間。應(yīng)能證明在該環(huán)境溫度下芯片在175℃到200℃之間，Tc等于或大于125℃。應(yīng)有一組數(shù)據(jù)表明減小環(huán)境溫度的合理性。
3.1.1.2多芯片模塊器件的試驗(yàn)溫度
應(yīng)按表1的規(guī)定確定老煉時(shí)的環(huán)境溫度或殼溫。但按殼溫老煉時(shí)至少應(yīng)采用對(duì)該器件確定的工作殼溫(Tc)。器件老煉時(shí)應(yīng)采用詳細(xì)規(guī)范中規(guī)定的工作溫度和負(fù)載條件。由于在正常情況下，殼溫和芯片溫度明顯高于環(huán)境溫度，應(yīng)該改進(jìn)結(jié)構(gòu)，使溫度不要超過詳細(xì)規(guī)范中規(guī)定的額定芯片溫度和聚合材料固化溫度。若未規(guī)定結(jié)溫，則取為175℃。不應(yīng)采用加速老煉試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)高溫烤箱中所有器件的環(huán)境溫度或殼溫的值不得小于規(guī)定的試驗(yàn)溫度。為了保證這一條件的實(shí)現(xiàn)， 可對(duì)高溫烤箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、負(fù)荷、控制或監(jiān)測(cè)儀器的放置位置，高溫烤箱內(nèi)空氣或其他氣體的流動(dòng)或液體媒質(zhì)等各方面作必要的調(diào)整。
3.2測(cè)量
當(dāng)有規(guī)定時(shí)，或制造廠自愿時(shí)，應(yīng)在施加老煉試驗(yàn)條件前進(jìn)行老煉前測(cè)試。老煉后測(cè)試應(yīng)在器件移出規(guī)定老煉試驗(yàn)條件后(即撤除加溫或去除偏置)的96h內(nèi)完成。測(cè)試應(yīng)包括全部25℃參數(shù)測(cè)試和作為中間(老煉后)測(cè)試的一部分而規(guī)定了變化量極限的全部參數(shù)。當(dāng)采用時(shí)，應(yīng)根據(jù)這些測(cè)試確定參數(shù)的變化量極限是否超過了允許的范圍。無論對(duì)于常規(guī)老煉試驗(yàn)或加
速老煉試驗(yàn)，如果不能在96h內(nèi)完成這些測(cè)試，那么在作老煉后的測(cè)試之前器件應(yīng)按原先的老煉條件和原來采用的溫度至少再作老煉。
3.2.1老煉后的冷卻
去除偏置前，所有器件應(yīng)冷卻到與室溫下器件加功率時(shí)處于穩(wěn)定情況下的溫度之間差別不超過10℃。為了把器件轉(zhuǎn)移到與作老煉試驗(yàn)的工作室不在一處的冷卻位置而中斷偏置不超過lmin，不應(yīng)看作去除了偏置(在冷卻位置處加的偏置應(yīng)與老煉時(shí)的偏置相同)。在重新加熱器件之前應(yīng)完成全部25℃的參數(shù)測(cè)試。
3.2.2試驗(yàn)裝置監(jiān)測(cè)
應(yīng)在試驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)，在試驗(yàn)溫度下監(jiān)測(cè)試驗(yàn)裝置，從而證實(shí)全部器件已按規(guī)定要求施加應(yīng)力。以下是至少應(yīng)進(jìn)行的監(jiān)測(cè)程序:
a.器件插座
在開始使用插座時(shí)和以后至多每隔六個(gè)月(每六個(gè)月一-次或在六個(gè)月期間未使用，則使用前都應(yīng)檢查每塊試驗(yàn)板或試驗(yàn)座，以驗(yàn)證連接點(diǎn)的連續(xù)性，從而保證能把偏置電壓和信號(hào)加到每個(gè)插座上。試驗(yàn)板上用于穩(wěn)定被試器件工作的電容器和電阻器也應(yīng)按此方式驗(yàn)證，以確信它們能起到其應(yīng)起的作用(即不應(yīng)出現(xiàn)開路或短路)。除了這種初的和定期性的驗(yàn)證外，不必在每次試驗(yàn)時(shí)逐個(gè)檢查器件或器件插座，但在使用每塊試驗(yàn)板前應(yīng)采用隨機(jī)抽樣技術(shù)，這就可以保證與被試器件電連接的正確性和連續(xù)性。
b.試驗(yàn)板或試驗(yàn)座的連接件
將器件裝入試驗(yàn)板、插入高溫烤箱并升溫到溫度至少為125℃(若小于125℃，則為規(guī)定試驗(yàn)溫度)的高溫烤箱后，應(yīng)至少在每塊試驗(yàn)板或試驗(yàn)座的--個(gè)位置上驗(yàn)證要求的試驗(yàn)信號(hào),從而保證在采用的試驗(yàn)布局中所使用的每條連線或接插件均已正確施加了規(guī)定的應(yīng)力并具有連續(xù)性。為進(jìn)行這種驗(yàn)證允許打開高溫烤箱不超過10min。
c.在試驗(yàn)過程結(jié)束時(shí)，使器件降低溫度和撤除試驗(yàn)條件前，應(yīng)重復(fù)上述b條關(guān)于信號(hào)的驗(yàn)證過程。
若在規(guī)定進(jìn)行的試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)的某段時(shí)間出現(xiàn)了導(dǎo)致必要的試驗(yàn)應(yīng)力未能加到器件上去的失效或接觸開路時(shí)，應(yīng)延長試驗(yàn)時(shí)間以保證實(shí)際受應(yīng)力作用的時(shí)間滿足規(guī)定的少總試驗(yàn)時(shí)間要求。若在老煉的后8h
內(nèi)，在溫度未變的情況下，偏置中斷的總時(shí)間超過了10rain，就要求從后一.次偏置中斷時(shí)刻算起，至少再作8h不中斷的老煉。
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