一、背景與目標(biāo)

隨著5G基站向高頻化、高集成化、高功率密度方向發(fā)展,其核心芯片(如射頻前端芯片、基帶處理芯片、電源管理芯片等)面臨更嚴(yán)苛的可靠性挑戰(zhàn)。其中,高溫高濕環(huán)境(85℃/85%RH及以上)與電流過(guò)載(如瞬間浪涌、長(zhǎng)期超設(shè)計(jì)電流)的復(fù)合應(yīng)力是導(dǎo)致芯片失效的關(guān)鍵場(chǎng)景(如電遷移、熱膨脹開裂、絕緣層擊穿、焊點(diǎn)疲勞等)。

長(zhǎng)肯集團(tuán)作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的半導(dǎo)體與通信設(shè)備測(cè)試解決方案服務(wù)商,依托其在環(huán)境可靠性測(cè)試、半導(dǎo)體失效分析領(lǐng)域的技術(shù)積累,聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游(芯片設(shè)計(jì)、封裝、基站設(shè)備廠商),設(shè)計(jì)一套“5G基站芯片高溫高濕電流過(guò)載應(yīng)力測(cè)試”全流程解決方案,目標(biāo)包括:

驗(yàn)證芯片在復(fù)合應(yīng)力下的可靠性邊界(壽命、失效閾值);

明確關(guān)鍵失效模式與機(jī)理(如材料界面失效、熱-電耦合損傷);

為芯片設(shè)計(jì)優(yōu)化(如材料選型、結(jié)構(gòu)加固)、工藝改進(jìn)(如封裝可靠性提升)及量產(chǎn)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)制定提供數(shù)據(jù)支撐;

推動(dòng)行業(yè)測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)化,確立長(zhǎng)肯集團(tuán)在5G基站芯片可靠性測(cè)試領(lǐng)域的引領(lǐng)地位。

二、測(cè)試體系設(shè)計(jì)

1. 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與指標(biāo)定義

基于5G基站芯片的應(yīng)用場(chǎng)景(如戶外宏站、小基站、邊緣計(jì)算單元),結(jié)合國(guó)際/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與企業(yè)需求,定義核心測(cè)試參數(shù):

測(cè)試維度 參考標(biāo)準(zhǔn) 關(guān)鍵指標(biāo)

高溫高濕環(huán)境 JEDEC JESD22-A101(恒溫恒濕)、JESD22-A120(溫濕度循環(huán)) 溫度范圍:-40℃~125℃(重點(diǎn)85℃/85%RH);濕度波動(dòng):±3%RH;溫變率:5℃/min~10℃/min

電流過(guò)載應(yīng)力 AEC-Q100(汽車級(jí)可靠性)、IEC 61000-4-2(浪涌) 過(guò)載倍數(shù):1.2~2.0倍額定電流;持續(xù)時(shí)間:1ms~1000h(瞬時(shí)/長(zhǎng)期);過(guò)載頻率:0.1Hz~1Hz

復(fù)合應(yīng)力協(xié)同效應(yīng) 自定義(長(zhǎng)肯集團(tuán)專利方法) 溫濕度-電流耦合速率(如溫濕度穩(wěn)定后施加電流的時(shí)間間隔)、多應(yīng)力疊加周期(如溫循+電流脈沖組合)

2. 測(cè)試環(huán)境與設(shè)備配置

設(shè)備類型 功能要求 長(zhǎng)肯集團(tuán)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

高低溫濕熱試驗(yàn)箱 精準(zhǔn)控制溫濕度,支持快速溫變(±0.5℃/min)與高均勻性(±1℃/±2%RH) 自主研發(fā)“雙循環(huán)制冷+濕度動(dòng)態(tài)平衡”技術(shù),溫濕度波動(dòng)度≤±0.3℃/±1.5%RH,行業(yè)領(lǐng)先

可編程直流電源+電子負(fù)載 模擬恒流/恒壓過(guò)載,支持瞬時(shí)浪涌(μs級(jí)響應(yīng))與長(zhǎng)期過(guò)載(1000h連續(xù)運(yùn)行) 集成“動(dòng)態(tài)電流波形編輯”功能,可模擬5G基站芯片實(shí)際工作中的浪涌、脈沖群等復(fù)雜電流場(chǎng)景

多參數(shù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 實(shí)時(shí)采集芯片表面溫度(紅外熱像儀+接觸式熱電偶)、結(jié)溫(TJ)、功耗、漏電流等 毫秒級(jí)同步采樣(100Hz頻率),支持芯片級(jí)(微米級(jí))熱點(diǎn)定位(紅外分辨率≤5μm)

應(yīng)力耦合控制模塊 實(shí)現(xiàn)溫濕度與電流過(guò)載的時(shí)序/邏輯聯(lián)動(dòng)(如“溫濕度穩(wěn)定→施加電流→溫濕度再變化”) 支持自定義“應(yīng)力-時(shí)間”矩陣(如85℃/85%RH下,1.5倍電流持續(xù)24h→降載至1.2倍電流循環(huán)100次)

失效模式輔助分析系統(tǒng) 結(jié)合聲學(xué)掃描顯微鏡(SAM)、X射線(X-Ray)、掃描電鏡(SEM)等,定位微觀失效點(diǎn) 內(nèi)置“失效模式數(shù)據(jù)庫(kù)(含500+5G芯片案例)”,支持AI輔助失效機(jī)理診斷(準(zhǔn)確率≥90%)

長(zhǎng)肯集團(tuán)依托自主研發(fā)的“多應(yīng)力耦合可靠性測(cè)試系統(tǒng)(MCTR-5G)”,構(gòu)建高溫高濕-電流過(guò)載復(fù)合測(cè)試平臺(tái),核心設(shè)備包括:

3. 測(cè)試對(duì)象與場(chǎng)景覆蓋

針對(duì)5G基站核心芯片,覆蓋以下典型場(chǎng)景:

射頻芯片(RFIC):高溫高濕環(huán)境下,大電流(如PA功放)導(dǎo)致的焊點(diǎn)熱疲勞、互連金屬電遷移;

電源管理芯片(PMIC):長(zhǎng)期過(guò)載(如負(fù)載突增)下的熱失控、電容電解液揮發(fā);

基帶處理芯片(BBIC):溫濕度循環(huán)中,高速IO接口(如LPDDR5、PCIe 5.0)的電遷移與信號(hào)完整性退化;

封裝與基板:FC-BGA封裝的硅通孔(TSV)、底部填充膠(Underfill)在高濕高溫+電流應(yīng)力下的界面分層。

三、測(cè)試實(shí)施流程

長(zhǎng)肯集團(tuán)采用“分級(jí)驗(yàn)證+加速壽命評(píng)估”的雙軌制流程,兼顧效率與準(zhǔn)確性:

1. 預(yù)處理與初始特性測(cè)試

預(yù)處理:對(duì)芯片進(jìn)行清洗、烘干(125℃/2h),去除表面污染物,避免初始缺陷干擾;

初始特性測(cè)試:測(cè)量芯片的靜態(tài)參數(shù)(如閾值電壓Vth、導(dǎo)通電阻Rds-on)、動(dòng)態(tài)性能(如開關(guān)頻率fsw、延遲時(shí)間t delay)、可靠性相關(guān)參數(shù)(如絕緣電阻I-V曲線、熱阻Rth)。

2. 單應(yīng)力基準(zhǔn)測(cè)試(可選)

高溫高濕基準(zhǔn)測(cè)試:在85℃/85%RH下持續(xù)1000h,驗(yàn)證芯片的基礎(chǔ)防潮、抗電化學(xué)腐蝕能力;

電流過(guò)載基準(zhǔn)測(cè)試:在常溫(25℃)下施加1.5倍額定電流,持續(xù)1000h,驗(yàn)證抗電遷移能力;

目的:分離單一應(yīng)力對(duì)芯片的影響,為復(fù)合應(yīng)力測(cè)試提供對(duì)比基準(zhǔn)。

3. 復(fù)合應(yīng)力加速測(cè)試(核心環(huán)節(jié))

設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)矩陣,覆蓋不同應(yīng)力水平的組合(示例):

應(yīng)力組 溫濕度條件 電流過(guò)載倍數(shù) 持續(xù)時(shí)間 循環(huán)次數(shù) 終止條件

組1(低應(yīng)力) 85℃/85%RH 1.2倍 100h 10次 參數(shù)漂移≥10%或功能失效

組2(中應(yīng)力) 105℃/90%RH 1.5倍 500h 5次 出現(xiàn)不可逆失效(如短路)

組3(高應(yīng)力) 125℃/95%RH 2.0倍 100h 3次 樣品全失效

測(cè)試執(zhí)行:通過(guò)MCTR-5G系統(tǒng)自動(dòng)控制溫濕度與電流的時(shí)序(如“溫濕度穩(wěn)定30min→施加電流→保持24h→降載冷卻1h→重復(fù)循環(huán)”);

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè):每5min記錄一次溫濕度、電流、電壓、功耗及芯片表面溫度分布(紅外熱像圖);

中途抽樣:每24h抽取部分樣品進(jìn)行電鏡(SEM)檢查,觀察早期失效特征(如金屬互連線空洞、介質(zhì)層裂紋)

4. 失效分析與數(shù)據(jù)建模

失效模式分類:通過(guò)SAM、X-Ray、SEM等手段,將失效分為電遷移(EM)、熱機(jī)械疲勞(TMF)、絕緣擊穿(TDDB)、腐蝕(Corrosion)等類別;

加速因子計(jì)算:基于Arrhenius模型(溫度)與Eyring模型(濕度/電流),計(jì)算不同應(yīng)力水平下的加速因子,外推實(shí)際工作條件下的壽命(如10年@65℃/60%RH);

壽命預(yù)測(cè)模型:采用Weibull分布擬合失效時(shí)間數(shù)據(jù),建立“溫濕度-電流”復(fù)合應(yīng)力下的可靠性預(yù)測(cè)方程。

四、長(zhǎng)肯集團(tuán)的行業(yè)引領(lǐng)作用

長(zhǎng)肯集團(tuán)通過(guò)本方案的技術(shù)創(chuàng)新與服務(wù)模式升級(jí),鞏固其在5G基站芯片測(cè)試領(lǐng)域的引領(lǐng)地位,具體體現(xiàn):

1. 技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)

自主設(shè)備研發(fā):推出全球首款“5G芯片多應(yīng)力耦合測(cè)試系統(tǒng)(MCTR-5G)”,突破傳統(tǒng)溫循箱與電源系統(tǒng)獨(dú)立控制的局限,實(shí)現(xiàn)溫濕度-電流的μs級(jí)協(xié)同控制;

專利與標(biāo)準(zhǔn)輸出:申請(qǐng)“一種5G基站芯片復(fù)合應(yīng)力加速測(cè)試方法”等核心專利10項(xiàng)以上,參與制定《5G通信設(shè)備芯片可靠性測(cè)試規(guī)范》(行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)),推動(dòng)測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)化。

2. 全流程服務(wù)能力

從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)的覆蓋:提供“芯片設(shè)計(jì)驗(yàn)證(DFT階段)→原型機(jī)測(cè)試(EVT/DVT)→量產(chǎn)抽檢(MP)”全生命周期測(cè)試服務(wù),幫助客戶提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷(如封裝材料選型不當(dāng));

定制化解決方案:針對(duì)頭部客戶(如華為、中興、愛(ài)立信)的特殊需求(如極端環(huán)境下的軍用5G基站芯片),提供“應(yīng)力水平定制+專用失效分析報(bào)告”的定制服務(wù)。

3. 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的可靠性優(yōu)化

行業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè):積累500+5G芯片測(cè)試案例,建立“芯片類型-應(yīng)力水平-失效模式”關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù),為客戶提供“設(shè)計(jì)-測(cè)試-改進(jìn)”的閉環(huán)優(yōu)化建議(如推薦低電遷移率的銅合金互連線材料);

AI輔助決策:通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析測(cè)試數(shù)據(jù),預(yù)測(cè)芯片在不同工況下的失效概率,幫助客戶優(yōu)化量產(chǎn)良率(預(yù)計(jì)提升5%~10%)。

五、預(yù)期成果

技術(shù)成果:輸出《5G基站芯片高溫高濕電流過(guò)載應(yīng)力測(cè)試白皮書》,明確關(guān)鍵失效閾值與設(shè)計(jì)規(guī)范;

產(chǎn)業(yè)價(jià)值:幫助芯片廠商縮短可靠性驗(yàn)證周期30%以上(從傳統(tǒng)的6個(gè)月降至4個(gè)月),降低5G基站因芯片失效導(dǎo)致的運(yùn)維成本(預(yù)計(jì)年節(jié)約超10億元);

品牌影響力:確立長(zhǎng)肯集團(tuán)作為“5G基站芯片可靠性測(cè)試第一品牌”的市場(chǎng)地位,市場(chǎng)份額提升至國(guó)內(nèi)30%以上

長(zhǎng)肯集團(tuán)通過(guò)本方案,不僅為客戶提供高價(jià)值的測(cè)試服務(wù),更通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新與標(biāo)準(zhǔn)輸出,推動(dòng)5G通信產(chǎn)業(yè)鏈的可靠性水平整體提升,助力我國(guó)在全球半導(dǎo)體測(cè)試領(lǐng)域從“跟跑”轉(zhuǎn)向“領(lǐng)跑”。