力電熱多場耦合作用下微電子產品可靠性測試平臺制造技術

本發明專利技術公開了一種力電熱多場耦合作用下微電子產品可靠性測試平臺，屬于微電子產品可靠性測試與評估設備技術領域。該測試平臺由溫度控制系統，電流加載系統，信號測試及采集系統和實驗箱組成。溫度控制系統控制冷卻系統和加熱器調整實驗箱內的溫度；電流加載系統對待測微電子產品施加電流載荷；信號測試及采集系統測試和采集待測微電子產品的電流、電壓、電阻和溫度信號并存儲。測試平臺的運行操作由計算機統一控制。低溫制冷系統經制冷管道與實驗箱連接。實驗箱由箱體、保溫層、觀察窗、加熱器、風機和樣品支持系統組成，樣品支持系統由樣品托架，測試板、引線轉連接接口構成。本發明專利技術可以實現微電子產品在多場耦合條件下的可靠性測試及壽命預測。

Reliability test platform for microelectronic products under thermal electric field coupling

The invention discloses a microelectronic product reliability testing platform under the action of force electric field coupling, belonging to the technical field of the reliability testing and evaluation equipment of microelectronic products. The test platform consists of temperature control system, current loading system, signal test and acquisition system and experiment box. The temperature control system of controlled cooling system and heater temperature adjustment experiment box; current loading system with micrometer electronic products applied current load; signal testing and current acquisition system, testing and collecting measured microelectronic products voltage, resistance and temperature signals and stored. The operation of the test platform is controlled by the computer. The low temperature refrigeration system is connected with the experimental box through the refrigeration pipeline. The experimental box is composed of a box body, a heat insulating layer, an observation window, a heater, a blower and a sample supporting system. The sample supporting system is composed of a sample bracket, a test board and a lead wire connecting interface. The invention can realize the reliability test and the life prediction of the microelectronic product under the multi field coupling condition.

【技術實現步驟摘要】
力電熱多場耦合作用下微電子產品可靠性測試平臺
本專利技術涉及微電子產品可靠性測試與評估設備
，具體涉及一種力電熱多場耦合作用下微電子產品可靠性測試平臺。
技術介紹
在現代微電子工業中，互連體制造技術通常都是將互連電路物理沉積或化學粘接在半導體材料或高聚物介電材料基板上，在這些物理或化學工藝過程中，制備的互連體電路材料中通常受到基體的強約束效應而產生很高的工藝殘余應力；此外，當電流通過焊點引起溫度變化時，由于焊料與基板材料熱膨脹系數的不同會導致在焊點中產生很強的熱應力；因此微電子產品在長期使用過程中要同時受到力和電的耦合作用。在力電熱多場耦合作用下，溫度和應力場會加快電遷移等電致損傷的發生，同時電流作用也會促進材料中缺陷的形成和材料的弱化，進而加速產品在應力場下的失效過程。因此，力電耦合作用下微電子產品的服役，不能視做應力和電流兩種效應的簡單迭加，而是存在著復雜的關聯與耦合效果。目前對于微電子產品在力、熱、電單場條件下的可靠性評估和壽命預測均有較系統的測試方法、標準與裝備，但對于力、熱、電多場耦合條件下微電子產品的可靠性測試與評估尚缺乏相應的測試技術，更沒有相關的測試裝備。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種力電熱多場耦合作用下微電子產品可靠性測試平臺，該測試平臺為力、熱、電多場耦合條件下對微電子產品的可靠性測試與評估的測試裝備。本專利技術的技術方案是：一種力電熱多場耦合作用下微電子產品可靠性測試平臺，包括實驗箱、控制柜、溫度控制系統、加熱器、冷卻系統、信號測試及采集系統、電流加載系統和樣品支持系統；溫度控制系統、信號測試及采集系統、電流加載系統和冷卻系統設置于控制柜內；其中：所述加熱器設置于實驗箱內部下側，所述冷卻系統經制冷管道接入實驗箱內部，所述溫度控制系統與所述加熱器和冷卻系統相連接，用于根據預先設定的溫度值控制所述加熱器及冷卻系統的工作狀態。所述樣品支持系統置于實驗箱內部，包括樣品托架和測試板，測試板包括母板和子板；所述母板插接固定于樣品托架上的專用接口內，母板上設置若干插槽，子板分別插接于母板上的各個插槽內，測試樣品與子板電連接。所述電流加載系統通過測試板上的子板與測試樣品電連接，用于對待測微電子產品施加電流載荷。所述信號測試及采集系統通過測試板上的子板與測試樣品電連接，用于測試和采集待測微電子產品的電流、電壓、電阻和溫度信號，采用多通道數字采集方式進行數據測量及存儲，存儲的數據傳輸到計算機中存儲以待后續分析和處理，且可根據阻抗變化實現樣品失效報警；測試平臺的溫度控制、電流加載和信號測試均由計算機統一控制。所述實驗箱內部上側安裝溫度傳感器（熱電偶），溫度傳感器與所述溫度控制系統相連，用于將測得的實驗箱內部的溫度傳遞給所述溫度控制系統。所述樣品托架包括底板、熱管、散熱片和專用接口；樣品托架底板采用不銹鋼或石英玻璃制成，底板上設有熱管和散熱片用于對測試樣品散熱，底板一面上的一側設置專用接口。所述實驗箱包括箱體外殼、保溫層、支架以及能夠打開和關閉的箱門，保溫層在外殼內側用于維持實驗箱內部溫度，支架置于實驗箱中部用于放置樣品支持系統，箱門上設置透明觀察窗。所述實驗箱側壁設置信號轉接板，測試時輸入的電流載荷和輸出的測試信號均經由信號轉接板轉接，并通過導線接入控制柜內的相應裝置。所述實驗箱內頂部設置風機，用于循環實驗箱內空氣，保持實驗箱內溫度的分布均衡。上述測試平臺工作溫度范圍為-50~200℃，升溫速度10~50℃/分鐘，降溫速度10~50℃/分鐘，溫度循環周期15~120分鐘，測試電流密度為1×103~9.9×104A/cm2。本專利技術的有益效果是：1、本專利技術填補了力電熱多場耦合條件下微電子產品可靠性測試和評估裝備的空白。2、本專利技術測試溫度范圍和測試電流密度范圍大，適用范圍廣，可適用于焊球陣列封裝(BGA)、芯片尺寸封裝(CSP)、圓片級封裝(WLP)、三維封裝(3D)和系統封裝(SIP)等各種封裝結構微電子產品的可靠性測試和評估。3、本專利技術樣品安裝方便、操作簡單，自動化程度較高。附圖說明圖1為本專利技術力電熱多場耦合作用下微電子產品可靠性測試平臺的結構示意圖。圖2為本專利技術測試平臺中樣品托架的結構示意圖。圖3為本專利技術測試平臺中測試板結構示意圖。圖4為實施例1中的CSP互連封裝結構產品電阻隨測試時間變化曲線。圖5為實施例1中的CSP互連封裝結構產品服役壽命的韋伯分析曲線。圖6為實施例1中的CSP互連封裝結構產品最大允許電流隨工作溫度變化曲線（服役壽命＞10萬小時）。圖7為實施例2中Cu柱互連封裝結構產品服役壽命的韋伯分析曲線。圖中：1-實驗箱；2-控制柜；3-溫度控制系統；4-電流加載系統；5-信號測試及采集系統；6-溫度傳感器；7-冷卻系統；8-加熱器；9-制冷管道；10-透明觀察窗；11-風機；12-信號轉接板；13-樣品支持系統；14底板；15-母板；16-熱管；17-散熱片；18-專用接口；19-插槽；20-支架。具體實施方式下面結合附圖及實施例詳述本專利技術。如圖1所示，本專利技術力電熱多場耦合作用下微電子產品可靠性測試平臺包括實驗箱（1）、控制柜（2）、溫度控制系統（3）、加熱器（8）、冷卻系統（7）、信號測試及采集系統（5）、電流加載系統（4）和樣品支持系統（13）；溫度控制系統（3）、信號測試及采集系統（5）、電流加載系統（4）和冷卻系統（7）設置于控制柜（2）內。所述加熱器（8）設置于實驗箱（1）內部下側，所述冷卻系統（7）經制冷管道（9）接入實驗箱（1）內部，所述溫度控制系統（3）與所述加熱器（8）和冷卻系統（7）相連接，實驗箱（1）內部上側安裝溫度傳感器（熱電偶）（6），溫度傳感器（6）與所述溫度控制系統（3）相連，用于將測得的實驗箱（1）內部的溫度傳遞給所述溫度控制系統（3）。所述樣品支持系統（13）置于實驗箱（1）內部，包括樣品托架和測試板，測試板包括母板（15）和子板；所述母板（15）插接固定于樣品托架上的專用接口（18）內，母板（15）上設置若干插槽（19），子板分別插接于母板（15）上的各個插槽（19）內，測試樣品與子板電連接。所述電流加載系統（4）通過測試板上的子板與測試樣品電連接，用于對待測微電子產品施加電流載荷；所述信號測試及采集系統（5）通過測試板上的子板與測試樣品電連接，用于測試和采集待測微電子產品的電流、電壓、電阻和溫度信號，采用多通道數字采集方式進行數據測量及存儲，存儲的數據傳輸到計算機中存儲以待后續分析和處理，且可根據阻抗變化實現樣品失效報警；測試平臺的溫度控制、電流加載和信號測試均由計算機統一控制。所述樣品托架包括底板（14）、熱管（16）、散熱片（17）和專用接口（18）；樣品托架底板（14）采用不銹鋼或石英玻璃制成，底板（14）上設有若干熱管（16），底板（14）的一面上的一側設置專用接口（18）用于插接母板（15），專用接口（18）與母板（15）插入的一端相配合；底板的另一面上設置若干散熱片（17）用于對測試樣品散熱。所述實驗箱（1）包括箱體外殼、保溫層、支架（20）以及能夠打開和關閉的箱門，保溫層在外殼內側用于維持實驗箱（1）內部溫度，支架（20）置于實驗箱（1）中部用于放置樣品支持系統（13），箱門上設置透明觀察窗（10）。實驗箱（1）側壁上裝有本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種力電熱多場耦合作用下微電子產品可靠性測試平臺，其特征在于：所述測試平臺工作溫度范圍為?50～200℃，升溫速度10～50℃/分鐘，降溫速度10～50℃/分鐘，溫度循環周期15～120分鐘，測試電流密度為1×10

【技術特征摘要】
1.一種力電熱多場耦合作用下微電子產品可靠性測試平臺，其特征在于：所述測試平臺工作溫度范圍為-50～200℃，升溫速度10～50℃/分鐘，降溫速度10～50℃/分鐘，溫度循環周期15～120分鐘，測試電流密度為1×103～9.9×104A/cm2；該測試平臺包括實驗箱(1)、控制柜(2)、溫度控制系統(3)、加熱器(8)、冷卻系統(7)、信號測試及采集系統(5)、電流加載系統(4)和樣品支持系統(13)；溫度控制系統(3)、信號測試及采集系統(5)、電流加載系統(4)和冷卻系統(7)設置于控制柜(2)內；其中：所述加熱器(8)設置于實驗箱(1)內部下側，所述冷卻系統(7)經制冷管道(9)接入實驗箱(1)內部，所述溫度控制系統(3)與所述加熱器(8)和冷卻系統(7)相連接，用于根據預先設定的溫度值控制所述加熱器(8)及冷卻系統(7)的工作狀態；所述樣品支持系統(13)置于實驗箱(1)內部，包括樣品托架和測試板，測試板包括母板(15)和子板；所述母板(15)插接固定于樣品托架上的專用接口(18)內，母板(15)上設置若干插槽(19)，子板分別插接于母板(15)上的各個插槽(19)內，測試樣品與子板電連接；所述樣品托架包括底板(14)、熱管(16)、散熱片(17)和專用接口(18)；樣品托架底板(14)采用不銹鋼或石英玻璃制成，底板(14)上設有熱管(16)和散熱片(17)用于對測試樣...

【專利技術屬性】
技術研發人員：崔學順，郭敬東，祝清省，劉志權，吳迪，張磊，曹麗華，
申請(專利權)人：中國科學院金屬研究所，
類型：發明
國別省市：遼寧,21