海思消费类芯片可靠性测试技术总体规范V2.0

海思消费类芯片可靠性测试技术总体规范V2.0一、引言1.1目的与意义本规范旨在为海思消费类芯片的可靠性测试提供统一、系统的技术指导与要求。通过建立科学、严谨的可靠性测试体系，确保海思消费类芯片在各种预期的环境条件和使用场景下，能够持续、稳定地满足设计功能和性能指标，提升产品质量，增强用户信任，并为产品生命周期管理提供有力的数据支撑。随着消费电子市场的快速迭代和用户对产品体验要求的不断提升，V2.0版本在V1.0的基础上，进一步优化了测试策略，扩充了测试场景覆盖，并强化了测试结果的分析与应用，以适应更复杂的应用环境和更高的可靠性标准。1.2适用范围本规范适用于海思半导体设计、开发的各类消费类芯片，包括但不限于智能手机、平板电脑、智能穿戴、智能家居、物联网终端等领域的主芯片、电源管理芯片、射频芯片、接口芯片及其他专用集成电路。本规范规定了芯片从研发阶段到量产阶段可靠性测试的通用原则、技术要求、测试方法、流程规范及报告要求。对于特定产品或客户有特殊可靠性需求的，可在本规范基础上制定专项补充规定。1.3规范性引用文件本规范的制定参考了国家及行业相关标准、国际通用可靠性标准以及海思内部相关质量管理体系文件。凡在本规范中引用的文件，其最新版本（包括所有修改单）均适用于本规范的执行。相关引用文件主要涉及半导体器件可靠性试验方法、环境试验标准、电子元器件失效分析指南等。1.4术语与定义为确保本规范的准确理解和统一执行，对其中涉及的关键术语进行如下定义：*可靠性（Reliability）：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。*失效（Failure）：产品在规定的条件下和规定的时间内，不能完成规定功能的事件或状态。*平均无故障时间（MTBF,MeanTimeBetweenFailures）：可修复产品在相邻两次故障之间的平均工作时间。*加速寿命试验（ALT,AcceleratedLifeTesting）：在不改变产品失效机理的前提下，通过强化试验条件，加速产品失效过程，以在较短时间内评估产品可靠性特征量的试验方法。*环境应力筛选（ESS,EnvironmentalStressScreening）：通过施加合理的环境应力和电应力，将产品中潜在的早期缺陷和薄弱环节在交付或使用前暴露出来，并加以排除的过程。二、可靠性目标与要求2.1可靠性目标设定原则芯片的可靠性目标应基于产品的预期应用场景、市场定位、客户需求以及行业标杆水平进行综合设定。目标应具有明确性、可测量性、可实现性、相关性和时限性。在设定过程中，需充分考虑芯片的关键功能模块、核心器件的固有可靠性以及系统级应用对芯片的依赖程度。2.2通用可靠性要求海思消费类芯片应满足在常规工作条件下的长期可靠性要求，包括但不限于：*工作温度范围：满足消费类电子设备通常的工作温度区间要求，并考虑特定应用场景下的极端温度耐受能力。*供电电压范围：在规定的供电电压波动范围内，芯片应能稳定工作。*机械应力：具备一定的抗振动、抗冲击能力，以应对产品在生产、运输和使用过程中的常规机械应力。*电磁兼容性：满足相关电磁兼容标准，避免对其他设备造成干扰，同时具备一定的抗干扰能力。*使用寿命：应达到或超过消费类电子产品的平均预期使用寿命。2.3特定场景可靠性要求针对不同的消费类应用场景，芯片可能面临特殊的可靠性挑战，需提出相应的特定要求：*移动场景：如智能手机、平板等，需重点关注跌落、温度循环、湿度、以及电池供电下的低功耗可靠性。*穿戴场景：如智能手表、手环等，需重点关注防水、防尘、皮肤兼容性（间接影响可靠性的封装等）、长期佩戴下的稳定性。*家居场景：如智能音箱、家电控制芯片等，需关注长期通电稳定性、宽温湿度范围适应性。*车载信息娱乐（如适用）：若消费类芯片延伸应用于此类场景，需参照相关车载可靠性标准，提出更严苛的温度、振动和耐久性要求。三、测试方法与流程3.1测试策划与准备在进行可靠性测试前，应进行充分的测试策划与准备工作。明确测试目的、范围、依据标准及接受判据。根据芯片的特性和可靠性目标，制定详细的测试方案，包括测试项目、应力条件、样本数量、测试时长、监测参数及失效判据。同时，确保测试设备、环境设施、样品状态满足测试要求，并对测试人员进行必要的培训。3.2测试环境与设备要求可靠性测试对环境和设备有严格要求：*环境试验设备：如高低温箱、高低温湿热箱、振动台、冲击台等，其温湿度控制精度、均匀度、升降温速率、振动波形、冲击加速度等关键参数应符合测试标准要求，并定期进行校准和维护。*电性能测试设备：如示波器、信号发生器、电源、万用表、专用测试板（ATE或功能测试板）等，应具备足够的精度、带宽和稳定性，确保测试数据的准确性。*监控与记录系统：能够实时监控测试过程中的环境参数、应力参数以及芯片的关键工作状态和输出信号，并自动记录测试数据，确保数据的完整性和可追溯性。3.3主要测试项目与方法根据消费类芯片的特点和可靠性要求，典型的可靠性测试项目包括：3.3.1环境应力测试*温度循环测试：通过反复暴露芯片于极端高温和极端低温环境，考核芯片抵抗温度变化引起的材料膨胀收缩差异导致的失效能力。应规定温度范围、循环次数、升降温速率、高低温保持时间。*高低温工作寿命测试：在规定的高温或低温条件下，使芯片长时间处于工作状态，评估其在极端温度下的长期工作稳定性和寿命。*湿热测试：考核芯片在高温高湿环境下的耐受性，评估其封装的密封性、材料的耐腐蚀性以及内部电路的稳定性。可分为稳态湿热和交变湿热。*振动测试：模拟运输或使用过程中的振动环境，考核芯片及封装的结构强度和焊点可靠性。*冲击测试：模拟产品在搬运、跌落过程中受到的瞬时冲击，考核芯片的抗机械冲击能力。3.3.2电应力测试*高温工作寿命（HTOL）测试：在高温条件下对芯片施加额定工作电压和负载，进行长时间工作，是评估芯片早期失效和固有可靠性的重要手段。*低温工作寿命（LTOL）测试：在低温条件下进行长时间工作，评估芯片在低温环境下的工作稳定性。*高加速应力测试（HAST/H3TRB）：采用高温、高湿、高电压（偏压）的组合应力，快速评估芯片的封装和界面可靠性，特别是与moisture-related失效机理相关的问题。*静电放电（ESD）测试：模拟人体带电或机器带电对芯片造成的静电损伤，考核芯片的ESD防护能力，包括HBM（人体放电模型）、MM（机器放电模型）和CDM（带电器件模型）。*电快速瞬变脉冲群（EFT）与浪涌（Surge）测试：考核芯片对电源线上或信号线上出现的快速瞬变干扰和浪涌电压的抗扰度。*电源电压过应力（EOS）测试：评估芯片在供电电压超出正常范围时的承受能力和保护机制。3.3.3封装与互联可靠性测试*温度循环测试（针对焊点/封装）：重点关注BGA、CSP等封装形式的焊点在温度循环下的可靠性。*机械冲击与振动测试（针对封装）：评估封装体本身的结构强度以及与PCB板的连接强度。*键合强度测试：针对金线、铜线等键合工艺，评估键合点的强度，确保内引线连接的可靠性。3.3.4早期失效筛选*环境应力筛选（ESS）：通常包括温度循环、随机振动等，旨在剔除产品中的早期失效产品，提高交付产品的可靠性水平。筛选应力和时间的选择应基于不损伤正常产品且能有效激发早期缺陷的原则。*Burn-in（老炼）测试：在高温和偏压条件下对芯片进行一定时间的加电老化，促使潜在的早期失效在出厂前暴露。3.4测试过程控制与数据采集测试过程中，应严格按照既定的测试方案执行，确保每个测试步骤的准确性和一致性。对测试样品进行唯一标识，记录其初始状态。测试过程中，需对环境参数、施加的应力参数进行实时监控，确保其在规定的允差范围内。同时，定期或连续监测芯片的功能和关键性能参数，一旦发现异常，应及时记录并分析。所有测试数据（包括原始数据、图表、照片等）应妥善保存，确保数据的真实性、完整性和可追溯性。3.5失效判据与处理流程明确规定芯片在可靠性测试中的失效判据，通常包括：*功能失效：芯片无法实现其规定的基本功能。*性能超标：关键性能参数超出规定的范围。*参数漂移：性能参数发生不可接受的漂移。*物理损坏：芯片出现可见的物理损坏，如开裂、鼓包、引脚断裂等。一旦发生失效，应立即中止该样品的测试，按照既定的失效处理流程进行。对失效样品进行详细的失效分析，包括外观检查、电性能复测、X-Ray、SAM、开封、内部目检、探针测试、FIB、EMMI等手段，确定失效模式和失效机理，为设计改进、工艺优化提供依据。四、测试报告要求4.1报告内容完整性可靠性测试报告应全面、客观地反映测试的整个过程和结果。报告至少应包含以下主要内容：*报告标题、编号、版本、日期。*测试目的与范围。*测试依据（本规范及其他相关标准/文件）。*测试样品信息（型号、批次、数量、生产日期、初始状态等）。*测试设备与环境条件。*详细的测试方案与步骤。*测试数据记录与结果汇总（包括所有样品的测试数据、通过/失败情况）。*失效样品的详细描述、失效分析过程与结论（若有）。*测试结果分析与讨论（与可靠性目标的对比、趋势分析等）。*测试结论与建议。*报告编制、审核、批准人员签字。4.2数据准确性与可追溯性报告中的所有测试数据必须准确无误，直接来源于测试记录。对于数据的处理和分析应采用科学合理的方法。报告中应明确测试样品的来源、测试设备的校准状态、测试环境的监控记录等，确保测试结果的可追溯性。必要时，可附上原始数据记录、关键图表、照片等作为支撑材料。五、质量保证与控制5.1人员资质与培训参与可靠性测试的人员应具备相应的专业知识和技能，并经过本规范及相关测试技能的培训，考核合格后方可上岗。测试人员应熟悉测试设备的操作、测试流程、失效判据以及安全注意事项。定期组织技术交流和培训，确保人员能力持续满足要求。5.2设备管理与校准建立完善的测试设备管理制度。所有用于可靠性测试的环境设备、电性能测试设备、监测设备等均应纳入校准计划，按照规定的周期进行校准或验证，确保设备处于良好的工作状态和量值溯源性。设备的使用、维护、校准记录应妥善保存。5.3测试过程质量控制严格执行测试流程，加强测试过程中的质量巡检，及时发现和纠正测试过程中的偏差。对关键测试步骤进行重点控制。建立测试样品的接收、存储、流转、处置管理流程，防止样品混淆、损坏或丢失。5.4数据管理与保密建立可靠性测试数据管理系统，确保测试数据的安全存储、规范管理和便捷查询。测试