1、HTOL測試技術規范擬制：克魯魯爾審核：批準：日期：2019-10-30歷史版本記錄版本時間起草/修改人內容描述審核人批準人V1.02019-10-30克魯魯爾首次發布適用范圍:該測試它以電壓、溫度拉偏方式，加速的方式模擬芯片的運行狀況，用于芯片壽命和長期上電運行的可靠性評估。本規范適用于量產芯片驗證測試階段的HTOL老化測試需求。簡介：HTOL(HighTemperatureOperatingLife)測試是芯片電路可靠性的一項關鍵性的基礎測試，它用應力加速的方式模擬芯片的長期運行，以此評估芯片壽命和長期上電運行的可靠性，通常稱為老化測試。本規范介紹DFT和EVB兩種模式的HTOL測試方法，

2、HTOL可靠性測試工程師需要依據實際情況選擇合適的模式完成HTOL測試。引用文件：下列文件中的條款通過本規范的引用而成為本規范的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單(不包括勘誤的內容)或修訂版均不適用于本規范，然而，鼓勵根據本規范達成協議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本規范。序號參考標準說明1JESD22-A108DHTOL標準2JESD47I可靠性總體標準3JESD74A半導體早期失效計算方法標準1.測試流程HTOL測試概要HTOL主要用于評估芯片的壽命和電路可靠性，需要項目SE、封裝工程師、可靠性工程師、硬件工程師、FT測試工程師

3、共同參與，主要工作包括：HTOL向量、HTOL測試方案、HTOL環境調試、HTOL測試流程執行、測試結果分析、失效定位等。HTOL可以用兩種方式進行測試：DFT測試模式和EVB測試模式。DFT和EVB模式對比DFT(DesignForTestability)測試模式：集成度較高的IC一般有DFT設計，其HTOL模式一般在DFT測試模式下進行，以掃描鏈、內建BIST、內部環回、JTAG,實現內部邏輯的翻轉、讀寫、自測試和IO的翻轉等，其數字邏輯、memory、IP、IO的以串行方式運行。EVB(EvaluationBoard)功能模式：即正常應用模式，HTOL也可以在該模式下更符合實際應用場景，

4、該模式下芯片各模塊一般按照真實的應用場景并行運行。DFT模式HTOLEVB模式HTOL說明晶體管覆蓋率高低1、DFT模式天生具備極高晶體管覆蓋率2、EVB功能模式對晶體管覆蓋率難以掌控電路覆蓋率高中1、DFT方式可以確保所有電路IP都有覆蓋2、取決于實際電路，不一定覆蓋所有電路覆蓋方式Stuck-At/BIST/LoopbackFunction1、DFT:測試專用，不同于實際功能模式2、EVB:跑實際業務場景電路運行方式串行為主并行為主1、DFT:各模塊依次運行，動態時間短、靜態時間長2、EVB:各模塊并行，與實際工作場景吻合功耗功耗不均勻，差異大均勻1、DFT：memory功耗偏高，IP功耗

5、偏低，Pattern切換時電流跳變大，容易燒片2、EVB：功耗相對恒定硬件實現簡單復雜1、DFT：對外圍電路及單板時序要求低，容易實現多芯片并行老化2、EVB：硬件實現復雜，難以多芯片并行老化環境搭建簡單復雜1、DFT：硬件簡單，搭建方便，調試較簡單2、EVB：只能單個單板依次搭建和調試過程監控難簡單1、DFT：受限于老化機臺，難以實現過程實時監控2、EVB：可實時監控并保存數據總結：基于DFT的HTOL方案：容易實現多批次、大樣本量及持續監控，適合Process相關的可靠性問題激發；EVB的HTOL方案：難以實現大批量測試，適合應用場景相關的設計類可靠性問題激發；基于DFT的HTOL方案依賴

6、專用的測試平臺，一般在專業測試公司進行。EVB方案不依賴測試平臺，可在實驗室溫箱進行；應該選擇符合實際需求的HTOL測試方法，二者結合，相互補充；1.3HTOL測試流程DFT模式工程師FT測試工程師可靠性工程師EVB功能模式電壓一般按1.1X電壓設置，但可以設置更高的電壓，說明如下：推薦設置為“MaximumOperatingVoltage”電壓，一般超出正常電壓5%10%左右，該電壓在Datasheet中有詳細規定。如果該電壓下芯片結溫達不到要求，則需要提高電壓以滿足老化加速條件，但是不能超過AbsoluteMaximumRatedVoltage，否則會對器件產生破壞性損傷。這兩個電壓芯片D

7、atasheet一般都會給出，以TI的TMS320F28035為例：5.4RecommendedOperatingConditionsMIHNM/MAXUNITDwE宇圖函voilage.I/O.吊*%2.973.3363VDevicewo的vdlagteCPU.Vg(WhenintemVREGisdi物b但dand18Vissuppi滄國審neij1.71LBkK5V溫度最低結溫Tj要求125,且結溫不得高于150o然而，對于沒有集成內部溫度傳感器的IC,結溫無法直接測量，需要用公式推算：T=T+0 xPicjc其中：Tj:結溫，JunctionTemperature；Tc:殼溫，CaseT

8、emperature,即芯片封裝外殼溫度，調試過程中可用傳感器實時監測；%:PN結-外殼的熱阻，表征材料的導熱性，芯片Datasheet會給出；P:芯片總功耗；溫度調試方法為，環境溫度升到125C,測試芯片在該條件下的總功耗。然后由于結溫有范圍(125,150),可通過x尸反推特定結溫下要求的殼溫，通過升高或降Cjjc低環境溫度，將殼溫調節到特定值。最終的環境溫度大概率不是125C,且功耗P相對于125c條件下會有些細微變化，但一般認為變化較小可忽略不計。樣本量參考JESD47I標準，樣本量按照LTPD抽樣規則，要求如下：要求樣本量為3Lots/77units,即三個批次(批次間隔時間三15天

9、)每批次77個樣本。實際測試中，一般會用TT芯片做第一、第三批次的測試，第二批用corner芯片。參考海思的方法，消費類芯片一般為3Lots/45units(0Fail)(LTPD=5),網絡類芯片一般為3Lots/77units(0Fail)(LTPD=3)o抽樣檢驗的樣本量的取樣原則按下表所示:67809410711*15335270346086703隈溫胃7901234363犯O.134567faiblcASampleSizefornMaliniurn%DefetShe刊川911(oiifidlenceAfcep忸neeNumberLTPDLTPDLTPDLTPDLTPDLTPDLTPD

10、C1075321.51022324576IM1562301365577129例25939925376106177266355532EXAMPLE:UsinggenericdnlaforHTOLwithairDquircnicTitof0nycctsfirom230i)amplc5.If700sannpksofgenericdauiarcavailable,themaximumnuimbeiroffailures,thatwillmretthequrdifi陽tiontestrequircniCTilis3faoluircsfrorntheLTPD=Icol.rmn.45units(0Fail)

11、對照上表可以找到對應為LTPD=5,AcceptanceNumber=0。抽樣檢驗上的解釋為：若該批次抽樣45units且檢驗無失效，則該批次失效率不超過LTPD=5(5%)的置信度在90%以上，消費方高概率接收該批次產品。同理可推77units(0Fail)的含義是：若該批次抽樣77units且檢驗無失效，則該批次失效率不超過LTPD=3(3%)的置信度在90%以上，消費方高概率接收該批次產品。不同的老化的電壓、溫度、老化時間的組合對應的早期失效率不一樣，因此電壓、溫度、老化時間需要綜合計算，以便抽樣測試的結果能滿足早期失效率要求(詳細細節參考JESD74A說明)，對CMOS工藝，經驗證單個

12、晶體管在1.4x電壓、140c范圍內不會改變失效模式，不會出現HardFail。溫度加速因子:(1)其中:E為激活能，由實驗條件決定;ak為普朗克常量；T為正常使用條件下的結溫(單位：K)；uT為加速條件下的結溫(單位：K)；a電壓加速因子:A=explyxF-V/（2）Vau其中：y為電壓加速指數，由實驗條件決定；V為加速條件下的電壓；aV為正常使用條件下的電壓；u總加速因子：A=AxA（3）TV正常使用條件下等效使用時間：t=Axt（4）ua其中，t是加速條件下的試驗時間。a早期失效率ELFR（inFIT）：ELFR(inFIT)=109x入=109x%2(2xAxNxt)(5)、,(%C

13、L,2r+2)a早期失效率ELFR(inppmpertELF)：ELFR(inppm)=109x入xtx10-3ELF=109x%2（%CL,2r+2）（2xAxNxtaJ10-3其中：九為指數分布的失效率；%2為卡方分布；N為樣本量；CL是置信度；r是失效樣本量，2r+2是卡方分布的自由度；tELF是定義的早期時間；加速模型中，E和y為關鍵參數，不同工藝、失效模式下不盡相同，需要慎重使用，a否則可能影響對失效的判斷。對于一般的HTOL試驗的Aging失效模式等效計算，E和y可a參考Foundry提供的數據。下文未特殊說明時，則默認E=0.7eV、y=1V-1。a舉例說明如何計算一定條件下老化

14、試驗的早期失效率和等效使用時間：測試條件如下：ParametersExpressionValueUnitActivationEnergyEa0.7eVVoltageAccelerationExponent1V-1oltzmannsonstantk8.62E-05eV/KStressVoltageVa1.98VStressTemperatureTa125NormalOperatingVoltageVu1.8VNormalOperatingTemperatureTu55TestDurationt1000hourSampleSizeN77unitTemperatureAccelerationFact

15、orAT=expEa/k*1/Tu1/Ta77.94VoltageAccelerationFactorA=exp*VaVuVi1.20AccelerationFactora=at*av93.31SpecifiedEarlyLifePeriodt-LF12monthTotalRejectsr0unit下面三個表給出：分別固定電壓、溫度、測試時間三個條件中的兩個，計算不同電壓、溫度、測試時間下對應的等效使用年限。電壓1.1x1.2x1.3x等效使用年（溫度=125,測試時間=1000h）10.6512.7515.27ppm(year,CL-60%)1118934780溫度125130135等效使用

16、年（電壓=1.1x,測試時間=1000h）10.6513.7217.57ppm(year，CL-60%)1118868678測試時間168h500h1000h等效使用年（電壓=1.1x,溫度=125）1.795.3310.65ppm(year，CL-60%)665022351118計算表如下：高溫操作壽命HTOL及早期EFR計算公HTOL測試注意事項試驗流程的注意事項確定老化模塊的關鍵參數：HTOL試驗過程中，會在幾個時間點進行ATE測試，來確定芯片是否完好。在ATE測試過程中，我們會記錄各個模塊的關鍵參數，如logic和Memory電路的最高工作頻率FMAX和最低工作電壓VDDMIN，用于分

17、析該參數在老化過程中的變化。老化向量需用的管腳列表：該列表包括3部分：1）老化向量的管腳，如：信號管腳，電源管腳。2）電源管腳。3）其他閑置的管腳：這些管腳必須配置成固定電平，并同時在管腳列表中說明。老化向量回仿：ATE轉化后的老化向量，可能需要返回前端進行仿真，確認老化向量的轉換是否正確。老化板調試：將老化向量通過老化測試機臺接入老化板并驅動芯片工作，測試芯片的輸出管腳并抓取波形，如果確認波形正確后，老化板調試才能結束并開始HTOL測試，記錄的管腳和波形。EVB功能模式下同樣需要運行程序確認各部分工作正常。高溫功耗測試：HTOL測試的時候，芯片的結溫不能高于150，因此需要通過芯片在試驗條件

18、下測試準確殼溫和功耗，計算芯片的結溫。在HTOL測試前，將芯片至于高溫條件下（125），測試其功耗。芯片殼溫測試：將芯片至于老化設備中將溫度升到125，模擬試驗的條件下，用溫度計測試芯片表面溫度。HTOL測試環境溫度確定:將測試到的殼溫和功耗，計算芯片的結溫，確定其是否滿足結溫高于125且低于150的要求。如果在范圍外則需要調整環境溫度。芯片高溫工作確認：根據確定的測試環境溫度，將測試機臺至于其溫度下，將老化板和芯片放入其中，通過引線到機臺外面并用示波器抓取其波形。如果波形和室溫下的波形相同，確認老化向量可以在高溫下運行。0、168、500、1000小時ATE測試：在室溫下將老化試驗的芯片標號并進行ATE測試，記錄每個芯片的關鍵參數，并保存datalog。EVB功能模式的老化同樣需要測試并記錄關鍵參數。3.2DFT模式下，測試機臺需求1）輸入通道數：老化機臺的輸入通道數為96個，包括時鐘信號。2）最高工作頻率：5M3）向量存儲深度：128K,向量可以通過loop減少存儲的深度。DFT模式下，老化向量覆蓋模塊需求：HTOL測試成員參考但不限于以下因素來確定老化向量覆蓋的模塊：1）IP/IO和工藝存在的風險：如使用未經過驗證的IP或者IO等。2）