MEMS器件老煉試驗
作者：
salmon范
編輯：
瑞凱儀器
來源：
shengyiguangdian.cn
發(fā)布日期： 2021.06.09
1、目的
老煉試驗的目的是為了篩選或剔除那些勉強合格的器件。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，這些缺陷會造成與時間和應力有關(guān)的失效。如不進行老煉試驗，這些有缺陷的器件在使用條件下會出現(xiàn)初期致命失效或早期壽命失效。因此，篩選時用額定工作條件或在額定工作條件之上對MEMS加應力，或施加能以相等的或更高的靈敏度揭示出隨時間和應力變化的失效模式的等效篩選條件。
2、設備
應提供適當?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設計成器件內(nèi)部的耗熱不會通過傳導方式消散，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。設備應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，還應監(jiān)測輸入激勵或輸出響應。電源和電流調(diào)節(jié)電阻器應至少能在整個試驗過程中，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。試驗設備好應安排成使器件只出現(xiàn)自然對流冷卻。試驗條件導致明顯的功率耗散時，試驗設備應設置成使每個器件產(chǎn)生近似平均的功率耗散，而不管器件是單獨試驗還是成組試驗。試驗電路不必補償單個器件特性的正常變化，但是應設置得使一組中的某個器件失效和出現(xiàn)異常時(即開路、短路等)不致對該組中其他器件的試驗效果產(chǎn)生不良影響。
3、程序
MEMS器件應按規(guī)定時間和溫度進行規(guī)定條件的老煉篩選試驗。若無其他規(guī)定,在表1確定的等效時間和溫度下進行。表1中對不同器件等級規(guī)定的溫度——時間組合關(guān)系均可作為試驗條件。試驗前確定的試驗條件(時間和溫度)應予以記錄并貫穿整個試驗過程。老煉前和老煉后測量應按規(guī)定進行。
3.1試驗條件
3.1.1試驗溫度
老煉試驗環(huán)境溫度應至少為125℃，承制方可以增加試驗溫度,并按表1減少相應的試驗時間。因為在正常情況下芯片溫將明顯地高于環(huán)境溫度，所以應設計成使試驗和工作時的額定芯片溫度不超過規(guī)定值。規(guī)定的試驗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現(xiàn)，可對高溫烤箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、負荷、控制或監(jiān)測儀器的放置位置、空氣或高溫烤箱內(nèi)其他氣體的流動或液體媒質(zhì)等各方面作必要的調(diào)整。在校準時，應使高溫烤箱處于滿負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器件的試驗溫度
不管器件的功率大小，所有器件都應能在其額定工作溫度下進行老煉或壽命試驗。對于采用環(huán)境溫度TA表示工作溫度的器件，試驗溫度按表1的規(guī)定。對于采用外殼溫度Tc表示其工作溫度的器件，如果環(huán)境溫度會引起芯片溫度超過200℃,老煉和壽命試驗時的環(huán)境工作溫度可從125℃減少到某-一個溫度值而無需改變試驗時間。應能證明在該環(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溫度
應按表1的規(guī)定確定老煉時的環(huán)境溫度或殼溫。但按殼溫老煉時至少應采用對該器件確定的工作殼溫(Tc)。器件老煉時應采用詳細規(guī)范中規(guī)定的工作溫度和負載條件。由于在正常情況下，殼溫和芯片溫度明顯高于環(huán)境溫度，應該改進結(jié)構(gòu)，使溫度不要超過詳細規(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℃。不應采用加速老煉試驗。試驗時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)定的試驗溫度。為了保證這一條件的實現(xiàn)， 可對高溫烤箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、負荷、控制或監(jiān)測儀器的放置位置，高溫烤箱內(nèi)空氣或其他氣體的流動或液體媒質(zhì)等各方面作必要的調(diào)整。
3.2測量
當有規(guī)定時，或制造廠自愿時，應在施加老煉試驗條件前進行老煉前測試。老煉后測試應在器件移出規(guī)定老煉試驗條件后(即撤除加溫或去除偏置)的96h內(nèi)完成。測試應包括全部25℃參數(shù)測試和作為中間(老煉后)測試的一部分而規(guī)定了變化量極限的全部參數(shù)。當采用時，應根據(jù)這些測試確定參數(shù)的變化量極限是否超過了允許的范圍。無論對于常規(guī)老煉試驗或加
速老煉試驗，如果不能在96h內(nèi)完成這些測試，那么在作老煉后的測試之前器件應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，所有器件應冷卻到與室溫下器件加功率時處于穩(wěn)定情況下的溫度之間差別不超過10℃。為了把器件轉(zhuǎn)移到與作老煉試驗的工作室不在一處的冷卻位置而中斷偏置不超過lmin，不應看作去除了偏置(在冷卻位置處加的偏置應與老煉時的偏置相同)。在重新加熱器件之前應完成全部25℃的參數(shù)測試。
3.2.2試驗裝置監(jiān)測
應在試驗開始和結(jié)束時，在試驗溫度下監(jiān)測試驗裝置，從而證實全部器件已按規(guī)定要求施加應力。以下是至少應進行的監(jiān)測程序:
a.器件插座
在開始使用插座時和以后至多每隔六個月(每六個月一-次或在六個月期間未使用，則使用前都應檢查每塊試驗板或試驗座，以驗證連接點的連續(xù)性，從而保證能把偏置電壓和信號加到每個插座上。試驗板上用于穩(wěn)定被試器件工作的電容器和電阻器也應按此方式驗證，以確信它們能起到其應起的作用(即不應出現(xiàn)開路或短路)。除了這種初的和定期性的驗證外，不必在每次試驗時逐個檢查器件或器件插座，但在使用每塊試驗板前應采用隨機抽樣技術(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.試驗板或試驗座的連接件
將器件裝入試驗板、插入高溫烤箱并升溫到溫度至少為125℃(若小于125℃，則為規(guī)定試驗溫度)的高溫烤箱后，應至少在每塊試驗板或試驗座的--個位置上驗證要求的試驗信號,從而保證在采用的試驗布局中所使用的每條連線或接插件均已正確施加了規(guī)定的應力并具有連續(xù)性。為進行這種驗證允許打開高溫烤箱不超過10min。
c.在試驗過程結(jié)束時，使器件降低溫度和撤除試驗條件前，應重復上述b條關(guān)于信號的驗證過程。
若在規(guī)定進行的試驗時間內(nèi)的某段時間出現(xiàn)了導致必要的試驗應力未能加到器件上去的失效或接觸開路時，應延長試驗時間以保證實際受應力作用的時間滿足規(guī)定的少總試驗時間要求。若在老煉的后8h
內(nèi)，在溫度未變的情況下，偏置中斷的總時間超過了10rain，就要求從后一.次偏置中斷時刻算起，至少再作8h不中斷的老煉。
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