고온 보존 시험(HTS)란?

전압을 가하지 않고 제품을 고온에 두어, 와이어 본드 접합부의 열화나 비휘발성 메모리의 데이터 유지 등을 평가하는 신뢰성 시험. HTS, HTSL이라고도 한다.

일본어 명칭: 高温放置試験(高温保存試験)

온도만 가하는 시험

고온 보존 시험은 전압을 가하지 않은 제품을 고온의 오븐에 넣고, 시험 전, 시험 중, 시험 후의 전기적 특성을 비교하는 시험입니다. high temperature storage(HTS) 또는 high temperature storage life(HTSL)라고도 하며, 고온 방치 시험이라고도 부릅니다. JEDEC 규격(JESD22 시리즈) 등에서는 예를 들어 150 °C에서 1000시간이 대표적인 조건이며, 제품이나 규격에 따라 더 높은 온도에서 더 짧은 시간을 사용하기도 합니다. 전압이나 신호를 가하지 않으므로 장치가 간단하고 많은 샘플을 한꺼번에 시험할 수 있으며, 온도만으로 진행되는 열화를 분리해 볼 수 있습니다.

대상으로 하는 고장 메커니즘

대표적인 대상은 와이어 본딩의 접합부입니다. 금 와이어와 알루미늄 패드가 접합된 곳에서는 고온에서 금-알루미늄 금속간 화합물이 성장하고, 확산 속도의 차이로 보이드(커켄달 보이드)가 생기면 접합부의 저항이 올라가거나 접합이 떨어집니다. 구리 와이어 본드에서도 금속간 화합물의 성장과 부식이 중요한 평가 항목입니다. 고온 보존 시험은 몰드 수지나 다이 어태치재 같은 재료의 열화와 비휘발성 메모리의 데이터 유지를 평가하는 데에도 사용됩니다.

HTOL·THB와의 차이

HTOL(고온 동작 수명 시험)은 고온에서 전압을 가한 채 동작시키므로, TDDB나 일렉트로마이그레이션처럼 전계나 전류로 진행되는 열화도 가속합니다. 고온 보존 시험은 전압을 가하지 않으므로 이러한 메커니즘은 평가할 수 없지만, 그 대신 온도만으로 일어나는 열화를 골라낼 수 있습니다. 고온 고습 바이어스 시험(THB)은 습도와 전압으로 부식을 가속하고, 온도 사이클 시험은 온도 변화로 변형을 가합니다. 각각 대상 고장이 다르므로 인증에서는 이들을 조합합니다. 데이터시트의 보존 온도 범위는 부품을 보관해도 되는 범위를 정한 것으로, 시험 조건과는 별개입니다.

비휘발성 메모리의 데이터 유지

플래시 메모리나 EEPROM에서는 플로팅 게이트나 전하 트랩막에 저장한 전하가 온도가 높을수록 빨리 빠져나갑니다. 그래서 데이터를 써 넣은 제품을 고온에 두고, 정해진 시간이 지난 뒤에도 올바르게 읽히는지를 확인합니다. 재기록을 반복하면 절연막이 열화되어 전하가 빠지기 쉬워지므로, 먼저 내구성 시험으로 소모시킨 뒤에 베이크하는 방법이 일반적입니다. 결과는 고장 메커니즘에 대해 가정한 활성화 에너지를 써서 아레니우스 모델로 사용 온도에서의 유지 시간으로 환산하지만, 가정에 따라 결과가 크게 달라질 수 있습니다.

자주 묻는 질문

고온 보존 시험과 HTOL은 무엇이 다른가요?

고온 보존 시험은 전압을 가하지 않고 고온에 두기만 하여, 온도만으로 진행되는 열화를 평가합니다. HTOL은 고온에서 전압을 가한 채 동작시키므로, 전계나 전류로 진행되는 열화도 가속합니다.

고온 보존 시험의 대표적인 조건은 무엇인가요?

예를 들어 150 °C에서 1000시간이 대표적인 조건입니다. 실제 온도와 시간은 적용하는 규격, 패키지 재료, 제품의 온도 등급에 따라 정해지며, 더 높은 온도에서 더 짧은 시간을 사용하기도 합니다.

반도체에는 어떤 가속 시험이 있나요?

온도와 전압을 가해 동작시키는 HTOL, 온도만 가하는 고온 보존 시험, 온도·습도·전압을 가하는 고온 고습 바이어스 시험(THB)과 HAST, 온도 변화를 반복하는 온도 사이클 시험 등이 있습니다. 모두 고장을 일으키는 스트레스를 강하게 하여, 수명과 고장률을 짧은 시간에 평가합니다.