HTOL·THB·HAST·온도 사이클 시험·고온 보존 시험의 차이: 조건·목적·고장 모드 비교
반도체의 신뢰성 시험은 대부분 가속 시험입니다. 온도, 전압, 습도, 온도 변화 같은 스트레스를 실제 사용보다 강하게 가해 고장을 앞당기고, 짧은 시간에 수명과 고장률을 확인합니다. HTOL은 고온에서 전압을 걸어 소자를 동작시키며 TDDB나 일렉트로마이그레이션 같은 칩 자체의 열화를 평가합니다. 고온 고습 바이어스 시험(THB)과 HAST는 습도와 전압으로 부식처럼 수분이 일으키는 고장을 가속하는 내습성 시험이며, HAST는 가압 수증기를 써서 비슷한 평가를 더 짧은 시간에 끝냅니다. 온도 사이클 시험은 고온과 저온을 반복해 재료 간 열팽창 차이로 생기는 피로를 평가하고, 고온 보존 시험은 전압 없이 온도만으로 진행되는 열화를 평가합니다. 각 시험이 노리는 고장이 다르므로 제품 인증에서는 이들을 조합합니다.
| 비교 항목 | HTOL | 고온 고습 바이어스 시험(THB) | HAST | 온도 사이클 시험 | 고온 보존 시험(HTS) |
|---|---|---|---|---|---|
| 목적 | 칩의 수명과 고장률 확인 | 패키지의 내습성 확인 | 내습성을 짧은 시간에 확인 | 접합부와 패키지의 열피로 내성 확인 | 온도만으로 진행되는 열화에 대한 내성 확인 |
| 가하는 스트레스 | 고온과 전압 | 온도, 습도, 전압 | 100 °C를 넘는 온도, 습도, 압력, 전압 | 온도 변화(고온과 저온의 반복) | 고온만 |
| 바이어스 인가 | 있음. 최대 동작 전압 또는 그보다 약간 높은 전압에서 신호를 넣어 동작시킵니다 | 있음. 자기 발열을 억제하도록 소비 전력이 작아지게 인가합니다 | 보통 있음. 바이어스를 걸지 않는 무바이어스 HAST도 있습니다 | 일반적으로 없음 | 없음 |
| 대표 조건 | 125 °C 전후. 온도 등급에 따라 더 높게 합니다 | 대기압에서 85 °C/85% RH(85/85 시험) | 약 110~130 °C, 85% RH의 가압 수증기. 예: 130 °C/85% RH | 예: −55~125 °C 또는 −65~150 °C. 양 끝 온도에서 일정 시간 유지합니다 | 예: 150 °C. 제품에 따라 더 높게 합니다 |
| 대표 시험 시간 | 약 1,000시간. 도중에 예를 들어 168시간과 500시간에 중간 측정을 합니다 | 약 1,000시간 | 130 °C/85% RH에서 약 96시간 | 수백~수천 사이클 | 약 1,000시간. 온도를 높여 단축하기도 합니다 |
| 주로 가속하는 메커니즘 | TDDB, BTI, 일렉트로마이그레이션 같은 칩 자체의 열화와 잠재 결함 | 수분 침입으로 일어나는 전기화학 반응(부식, 이온 마이그레이션) | THB와 같으며, 수분 침입이 빨라 더 강하게 가속됩니다 | 열팽창 계수 차이로 반복되는 변형에 의한 피로 | 온도만으로 진행되는 열화(금속간 화합물 성장, 재료의 열화, 저장된 전하의 손실) |
| 찾아내는 대표 불량 | 전기적 특성의 규격 이탈(문턱 전압 변동 등), 기능 불량 | 알루미늄 패드와 배선의 부식, 누설 전류 증가, 도체 간 단락 | THB와 같음: 부식, 누설 전류 증가, 단락 | 솔더 접합부와 와이어 본딩의 크랙, 몰드 수지 박리, 다이와 패시베이션의 크랙 | 와이어 본딩 접합부의 저항 증가나 들뜸(커켄달 보이드), 비휘발성 메모리의 데이터 유지 불량 |
| 가속 모델 | 아레니우스 모델(온도)과 전압 가속 모델 | 펙(Peck) 모델(상대 습도의 거듭제곱 × 아레니우스형 온도항) | 펙 모델(THB와 같음) | 코핀-맨슨 법칙(온도 변화 폭의 거듭제곱) | 아레니우스 모델 |
| 시료 상태 | 패키지 부품을 보드에 실장하고 전압을 걸어 동작시킵니다 | 패키지 부품. 인증 시험에서는 흡습과 리플로 열을 가하는 프리컨디셔닝 뒤에 하는 경우가 많습니다 | 패키지 부품. THB와 마찬가지로 프리컨디셔닝 뒤에 하는 경우가 많습니다 | 부품 단품(프리컨디셔닝 뒤가 많음). 보드에 실장한 상태로 하는 보드 레벨 시험도 있습니다 | 패키지 부품을 고온 챔버에 넣습니다. 전기적 접속은 필요 없습니다 |
| 역할(규격 예) | 수명과 고장률의 인증 시험. JEDEC(JESD22 시리즈), AEC-Q100 등 | 내습성의 인증 시험. JEDEC(JESD22 시리즈), AEC-Q100 등 | THB 대신 쓰기도 합니다. JEDEC(JESD22 시리즈), AEC-Q100 등 | 패키지와 접합부의 인증 시험. JEDEC(JESD22 시리즈), AEC-Q100 등 | 온도만으로 진행되는 열화의 인증 시험. JEDEC(JESD22 시리즈), AEC-Q100 등 |
| 주의점 | 자기 발열로 접합 온도가 너무 올라가지 않도록 온도를 관리합니다 | 칩이 발열하면 표면의 상대 습도가 내려가 습도에 의한 고장이 일어나기 어려워집니다 | 고온 때문에 몰드 수지의 물성 변화처럼 실제 사용에서는 일어나지 않는 고장이 생길 수 있습니다 | 열충격 시험(더 빠른 온도 변화)이나 파워 사이클 시험(자기 발열)과는 다른 시험입니다 | 전압을 걸지 않으므로 TDDB나 일렉트로마이그레이션처럼 전계나 전류로 진행되는 열화는 평가할 수 없습니다 |
수치는 대략적인 자릿수 기준이며, 공정 세대와 제품에 따라 달라져요.