Déverminage statique vs dynamique vs sur wafer : stress et coût

Le déverminage (burn-in) consiste à mettre les produits sous tension à haute température et à une tension supérieure à la tension nominale, afin d'éliminer avant expédition ceux qui sont susceptibles de défaillances précoces. Le déverminage statique se contente d'appliquer l'alimentation et une polarisation fixe sans faire fonctionner le circuit : l'équipement est simple, mais les parties soumises au stress sont limitées. Le déverminage dynamique se fait en faisant fonctionner les circuits internes à l'aide d'une horloge et de motifs de test, ce qui applique le stress à une plus grande partie du circuit. Le déverminage au niveau wafer se distingue par l'étape à laquelle il a lieu : il applique le stress en une seule fois au wafer, avant la découpe, et détecte les puces défectueuses avant leur mise en boîtier.

CritèreDéverminage statiqueDéverminage dynamiqueDéverminage au niveau wafer
Application du stressSimple application de la tension d'alimentation et d'une polarisation fixe à haute température. Le circuit ne fonctionne pasÀ haute température et sous haute tension, on injecte une horloge et des motifs de test et on fait fonctionner le circuit en faisant basculer les nœuds internes entre 0 et 1L'alimentation et les signaux sont appliqués en une seule fois à de nombreuses puces du wafer par des contacts
ÉtapeAprès mise en boîtierAprès mise en boîtierAvant la découpe (à l'état de wafer)
Conditions typiquesEnviron 125 °C, tension d'alimentation supérieure à la nominale, de quelques heures à quelques dizaines d'heuresEnviron 125 °C, tension d'alimentation supérieure à la nominale, de quelques heures à quelques dizaines d'heuresMême principe d'accélération par la température et la tension. Les conditions sont fixées selon le produit et l'équipement
Couverture du stressLimitée aux parties polarisées par les entrées fixes ; de nombreux nœuds internes restent dans un état figéLe fonctionnement interne, par scan ou BIST notamment, permet de stresser davantage de transistors et d'interconnexionsDépend de la méthode : alimentation et polarisation seules, ou fonctionnement grâce aux circuits d'autotest de la puce, etc.
Défauts détectésDéfauts accélérés par la tension dans les parties polarisées, comme les points faibles de l'oxyde ou les fuites de jonctionDétection plus exhaustive des défaillances précoces, y compris dans les parties stressées pendant le fonctionnementLes puces susceptibles de défaillances précoces sont détectées avant la mise en boîtier
Équipement et outillageSimple : cartes de déverminage, étuve, alimentationNécessite des cartes et un équipement dotés de pilotes générant les signauxNécessite des contacts dédiés touchant toute la surface du wafer et un équipement spécifique, coûteux
Surveillance du fonctionnementGénéralement aucune. Le tri se fait au test électrique après déverminageCertaines méthodes surveillent les sorties pendant le déverminageDépend de la méthode
CoûtFaiblePlutôt élevéOutillage et équipement coûteux, mais les puces défectueuses ne sont pas mises en boîtier
Principaux défisFaible couverture du stressPour les produits à forte consommation, fort échauffement et contrôle de la température difficileContact fiable avec de nombreuses puces, capacité d'alimentation et échauffement de l'ensemble du wafer, isolation des puces défectueuses
Usages typiquesProduits à structure simple, ou dont le stress principal est la tensionProduits à haute fiabilité pour l'automobile ou les serveurs : circuits logiques, mémoires, processeurs, etc.Boîtiers multipuces nécessitant des puces garanties bonnes (KGD), mémoires empilées, produits livrés sous forme de puces nues

Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur typiques et varient selon la génération de procédé et le produit.

Quand choisir l'un ou l'autre ?

Déverminage statique
Pour des produits dont les principaux défauts peuvent être accélérés par le stress en tension sans faire fonctionner le circuit, lorsque l'on veut limiter l'équipement et le coût.
Déverminage dynamique
Pour trier de façon plus sûre des produits aux circuits internes complexes, dont de nombreuses parties ne sont pas stressées sans fonctionnement.
Déverminage au niveau wafer
Lorsque des puces vérifiées bonnes avant la mise en boîtier (KGD) sont nécessaires, par exemple pour les boîtiers qui empilent plusieurs puces, où une seule puce défectueuse rend l'ensemble défectueux.
Place dans le flux de test
Le flux habituel est test sur wafer, assemblage, test final, expédition ; le déverminage en boîtier se place avant ou après le test final. Le déverminage au niveau wafer applique le stress au stade du test sur wafer.

Questions fréquentes

Quelle est la différence entre déverminage statique et dynamique ?

Le déverminage statique se contente d'appliquer l'alimentation et une polarisation fixe sans faire fonctionner le circuit. Le déverminage dynamique fait fonctionner le circuit en faisant basculer les nœuds internes avec une horloge et des motifs de test : il stresse davantage de transistors et d'interconnexions et détecte plus facilement les défaillances précoces.

Pourquoi effectuer le déverminage à l'état de wafer ?

Parce que, lorsque plusieurs puces sont placées dans un même boîtier, une seule puce défectueuse rend l'ensemble défectueux. En effectuant le déverminage à l'état de wafer pour éliminer d'abord les puces susceptibles de défaillances précoces, on n'assemble que des puces vérifiées bonnes (KGD).

Le déverminage réduit-il la durée de vie des bons produits ?

Il en consomme une petite partie, mais les conditions sont choisies pour que les bons produits ne perdent qu'une infime fraction de leur durée de vie avant usure. Le but du déverminage est de faire passer la période de défaillances précoces de la courbe en baignoire avant l'expédition, pour livrer les produits dans la période de défaillances aléatoires, où le taux de défaillance est faible.

Vérifier vos connaissances

Quel est l'objectif du burn-in ?

  1. AContrôler l'aspect extérieur de la puce
  2. BAppliquer des contraintes telles qu'une température et une tension élevées pour éliminer avant expédition les produits sujets aux défaillances précoces
  3. CMesurer l'épaisseur des couches sur le wafer
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Réponse : B. Appliquer des contraintes telles qu'une température et une tension élevées pour éliminer avant expédition les produits sujets aux défaillances précoces

Le burn-in est un criblage consistant à faire fonctionner les produits pendant quelques heures à quelques dizaines d'heures à une température d'environ 125 ℃ et sous une tension supérieure à la tension nominale, afin de provoquer rapidement la défaillance des produits porteurs de défauts latents et de les éliminer. L'objectif est de franchir avant expédition la période de défaillances précoces de la courbe en baignoire ; il est appliqué aux produits exigeant une haute fiabilité, par exemple pour l'automobile ou les serveurs. Son objectif diffère de celui du contrôle visuel ou de la mesure d'épaisseur.

Quelle combinaison des trois périodes constituant la courbe en baignoire, qui représente l'évolution du taux de défaillance dans le temps, est correcte ?

  1. APériode de défaillances précoces, période de défaillances aléatoires, période de défaillances d'usure
  2. BPériode de conception, période de fabrication, période d'expédition
  3. CPériode de prototypage, période de production de masse, période de maintenance
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Réponse : A. Période de défaillances précoces, période de défaillances aléatoires, période de défaillances d'usure

La courbe en baignoire comprend trois périodes : les défaillances précoces, où le taux de défaillance est élevé en début d'utilisation à cause des défauts de fabrication ; les défaillances aléatoires, où le taux est faible et presque constant ; et les défaillances d'usure, où le taux augmente avec la dégradation. Sa forme rappelle la coupe d'une baignoire. Les défaillances précoces sont éliminées avant expédition, notamment par le déverminage (burn-in), et les produits sont conçus pour que les défaillances d'usure surviennent après leur durée de vie prévue. Conception, fabrication et expédition sont des étapes du cycle de vie du produit, non des périodes du taux de défaillance.

Que désigne le KGD (Known Good Die), important lors du montage de plusieurs puces dans un même boîtier ?

  1. AUne puce de grande taille
  2. BUne puce défaillante
  3. CUne puce (die) dont le bon fonctionnement a été vérifié avant le montage
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Réponse : C. Une puce (die) dont le bon fonctionnement a été vérifié avant le montage

Lorsque plusieurs puces sont intégrées dans un même boîtier, une seule puce défectueuse rend défectueux l'ensemble du boîtier, y compris les autres puces bonnes. Par exemple, en empilant 8 puces dont le taux de bonnes est de 99 %, la probabilité que toutes soient bonnes tombe à 0.99⁸≒92 %. Il est donc essentiel d'utiliser des puces suffisamment testées au stade du die avant montage (KGD), ce qui est particulièrement important pour la HBM et les chiplets.

  1. Quel est l'enchaînement correct des tests d'un produit semi-conducteur courant ?
  2. Dans les essais accélérés qui élèvent la température pour raccourcir la durée des essais de durée de vie, quel modèle est couramment utilisé pour exprimer la relation entre température et durée de vie ?
  3. Quel essai de fiabilité typique fait fonctionner le produit longtemps à haute température pour évaluer sa durée de vie et son taux de défaillance ?

Questions d'entraînement sur Test et inspection

Termes clés expliqués

Déverminage (burn-in)
Test consistant à faire fonctionner les produits sous contraintes telles que haute température et haute tension, afin d'éliminer avant expédition ceux sujets aux défaillances précoces.
Courbe en baignoire
Courbe décrivant l'évolution du taux de défaillance dans le temps. Composée des périodes de défaillances précoces, de défaillances aléatoires et d'usure, elle a la forme d'une baignoire.
KGD (Known Good Die)
Puce dont le bon fonctionnement a été vérifié avant l'assemblage. Important lorsqu'on empile plusieurs puces dans un même boîtier, car une seule puce défectueuse rend l'ensemble défectueux.
Modèle d'Arrhenius
Modèle selon lequel la vitesse d'une réaction ou d'une dégradation varie avec la température selon exp(−Ea/kT). Sert à estimer la durée de vie à la température d'utilisation à partir d'essais accélérés à haute température.
Test sous pointes (wafer test)
Étape qui, avant la découpe, pose des pointes sur les plots de chaque puce de la plaquette pour contrôler les caractéristiques électriques. Les puces défectueuses sont détectées avant l'assemblage, ce qui évite un assemblage inutile.

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