德诺嘉IC老化座工程师:什么是芯片可靠性测试？为什么芯片要做可靠性测试？

一、芯片可靠性测试的核心定义与本质

芯片可靠性测试是通过模拟芯片在全生命周期（通常 10-20 年）内可能遭遇的极端环境应力（温度、湿度、振动等）和电应力（电压、电流），评估其性能稳定性与失效风险的工程手段。其核心价值在于：

提前暴露缺陷：通过加速应力测试（如将 10 年寿命压缩至 1000 小时验证），筛选出早期失效的 "弱质芯片"，避免终端应用中的突发性故障

验证设计边界：确定芯片在极端工况（如汽车芯片 - 40℃启动、工业芯片 125℃持续运行）下的安全工作阈值

支撑标准认证：满足 AEC-Q100（车规）、JEDEC JESD47（通用半导体）、MIL-STD-883（军品）等规范的强制性要求

与功能性测试不同，可靠性测试不关注芯片是否 "能工作"，而聚焦于 "能稳定工作多久"，是芯片从实验室走向量产的关键门槛。

二、芯片老化测试的核心类型与技术特性

芯片老化测试（Burn-in Test）是可靠性测试的核心环节，通过施加高温、高电压等加速应力，促使潜在缺陷（如氧化层缺陷、金属离子迁移）提前显现。根据应力类型和测试目标，主要分为以下类别：

（一）按温度应力等级分类

1、高温老化（HTOL，High Temperature Operating Life）

测试条件：125℃~150℃高温下施加额定工作电压，持续 1000~2000 小时

核心目标：验证芯片在长期高温工作时的电迁移、热载流子注入等失效机制

典型应用：车规 MCU、工业 PLC 芯片，需满足 AEC-Q100 Grade 0（150℃）要求

德诺嘉老化座适配方案：采用镍钯金镀层探针（耐温 200℃），配合液冷散热模块，单座支持 16 颗芯片并行测试，温度均匀度 ±1℃

2、低温老化（LTOL，Low Temperature Operating Life）

测试条件：-40℃~-55℃低温下运行，持续 500~1000 小时

核心目标：评估低温下材料脆化、接触电阻漂移等问题

典型应用：航天芯片、极地设备用 IC

技术难点：需解决探针低温收缩导致的接触失效，德诺嘉采用铍铜 - 钛合金复合探针，在 - 65℃仍保持 10mΩ 以下接触电阻

（二）按电应力特性分类

1、高温反向偏压测试（HTRB，High Temperature Reverse Bias）

测试条件：125℃高温下施加反向击穿电压的 80%，持续 1000 小时

核心目标：验证功率器件（如 MOSFET、IGBT）的 PN 结漏电稳定性

德诺嘉创新设计：集成高压隔离模块（耐压 1000V），支持 SiC 芯片批量测试，漏电流检测精度达 1pA

2、高温栅偏压测试（HTGB，High Temperature Gate Bias）

测试条件：150℃下对栅极施加 1.2 倍额定电压，持续 1000 小时

核心目标：评估栅氧化层可靠性，防止栅极击穿失效

适用场景：IGBT 驱动芯片、射频功率放大器

（三）按测试阶段分类

1、晶圆级老化（Wafer Level Burn-in）

测试时机：封装前对整片晶圆进行老化

技术优势：提前剔除无效裸片，降低封装成本 30% 以上

德诺嘉老化测试方案：采用探针卡与温板集成设计，支持 12 英寸晶圆一次性测试，探针间距最小 20μm

2、封装级老化（Package Level Burn-in）

测试时机：封装完成后进行，模拟最终应用环境

关键要求：适配 BGA、QFN 等多种封装，德诺嘉模块测试夹具支持 2 小时内完成不同封装类型切换

三、芯片老化测试座（芯片老炼夹具）如何选配？

芯片老化测试座是连接芯片与测试系统的核心载体，其性能直接决定测试准确性与效率，选配需遵循 "三维匹配" 原则：

（一）封装兼容性匹配

1、引脚形态适配

对于 BGA 封装：需采用球栅对位探针阵列，德诺嘉专利的 "浮动探针" 设计可补偿 ±30μm 焊球偏移

对于 QFP 封装：选用鸥翼形引脚专用探针，确保引脚共面性误差≤0.1mm 时仍稳定接触

对于 LGA/OGA 封装：采用平面接触探针，接触面积≥引脚面积的 80% 以降低接触电阻

2、尺寸精度控制

引脚间距＜0.5mm 时，需选用高精度探针（定位误差≤±5μm），如德诺嘉0.35mm 间距 BGA 测试座

大尺寸封装（如≥40mm×40mm）需采用刚性基板（如殷钢材质），防止高温下翘曲导致的接触失效

（二）电气性能匹配

接触电阻：车规芯片要求≤10mΩ（避免压降影响测试精度），工业级芯片可放宽至 50mΩ

带宽支持：高频芯片（如 5G 射频芯片）需测试座寄生电感＜0.5nH，德诺嘉同轴探针设计可满足 40GHz 信号传输

电流承载能力：功率芯片测试座单针需支持 5A 以上电流，德诺嘉采用高导电率合金（导电率 95% IACS）探针

（三）环境适应性匹配

1、温度范围盖

车规测试需支持 - 55℃~150℃，德诺嘉采用耐温 200℃的聚酰亚胺绝缘材料

军品测试需扩展至 - 65℃~175℃，需选用陶瓷 - 金属复合结构

2、机械可靠性

插拔寿命：量产测试需≥10 万次（德诺嘉的镀金探针可达 50 万次）

抗振动性能：车载芯片测试座需通过 20Grms 随机振动测试（10-2000Hz）

（四）智能功能适配

实时监控能力：高端测试座需集成热电偶（测温精度 ±0.5℃）和微电阻计，德诺嘉智能芯片测试座可实时预警接触不良（响应时间＜10ms）

自动化集成：量产线需支持与 ATE 系统联动，谷易电子提供 API 接口，可实现测试数据自动上传与分析

（五）成本效益平衡

研发验证阶段：优先选通用型测试座（如德诺嘉电子一拖多工位封装兼容款），降低换型成本

量产阶段：选用专用芯片测试座（如非标定制化 BGA 老化座），提升测试效率 50% 以上

四、德诺嘉芯片老化测试座的典型应用场景

车规 MCU 老化测试：针对 BGA257 封装，采用双针电源设计（降低压降），在 150℃ HTOL 测试中保持接触电阻稳定在 8mΩ，良率检测准确率 99.98%

工业 IGBT 老化测试：定制化大电流测试座，单针承载电流 10A，在 HTRB 测试中实现 100 颗 / 批次并行测试

消费电子芯片老化测试：低成本 QFN 测试座，支持 - 40℃~85℃温度循环，满足 JEDEC JESD22-A103 标准

通过科学选配芯片老化测试座，可将测试误差控制在 3% 以内，同时延长设备寿命至 5 年以上。德诺嘉通过材料和技术创新（如耐温 200℃的 LCP 塑料）和结构优化（应力缓冲设计），已形成覆盖 98% 以上封装类型的老化测试解决方案，助力芯片厂商快速通过可靠性认证。